Sicherheitsrelais Auch in korrosiver Atmosphäre Anlagen immer zuverlässig abschalten

Autor / Redakteur: Horst Kalla* / Dipl. -Ing. Ines Stotz

In der Prozessindustrie wie Offshore- oder Chemieanlagen müssen auch empfindliche elektronische Komponenten korrosiven Stoffen wie Säuren, Salze oder Feuchtigkeit widerstehen. SIL3-Sicherheitsrelais mit einem speziellen Schutzlack schaffen das – nachweislich.

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Salzige Gischt sprüht beständig gegen Offshore-Anlagen wie Ölplattformen.
Salzige Gischt sprüht beständig gegen Offshore-Anlagen wie Ölplattformen.
(Bild: © Michael Rosskothen/Fotolia.com)

Ob Anlagen und Anlagenteile in der Prozessindustrie oder Offshore-Anlagen – sie eint ein raues, widriges Umfeld. So sprüht salzige Gischt beständig gegen Windräder oder Ölplattformen, aber auch in der chemischen Industrie befinden sich in einzelnen Bereichen Spuren von Chlorgasen oder Schwefelwasserstoff in der Luft. Derartige Atmosphären sind Gift für metallische Werkstoffe, denn sie bewirken Korrosionsschäden mit konsekutivem frühzeitigem Produktverschleiß. Dies betrifft längst nicht nur Komponenten, die frei im Feld installiert sind, auch der Schaltschrank bietet nicht immer Schutz vor äußeren Einflüssen. Sofern keine weiteren Schutzmaßnahmen vorgesehen sind, wie etwa eine Druckbelüftung des Schaltschranks, dringt potenziell Luft ins Schaltschrankinnere – sie schleust korrosiv wirkende Stoffe wie Säure, Salz oder Feuchtigkeit mit ein.

Wenn Korrosion die Verfügbarkeit der eingesetzten Produkte reduziert, stellt dies insbesondere in Sicherheitssystemen eine ernstzunehmende Gefahr dar: Eine Produktbeschädigung senkt das geforderte Sicherheits-Integritätslevel (SIL) ab, dies kann bis zum kompletten Schutzausfall reichen – oftmals schleichend und unbemerkt. Weidmüller hat seine Sicherheitsrelais der Safeseries deshalb produktseitig auf hohe Funktionalität und Schutz hin entwickelt und sie – vor dem Feldeinsatz – intensiven Tests unterzogen, die über das geforderte Maß hinausgingen.

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Einsätze in G3-Umgebung vorbehaltlos möglich

Zum Schutz der empfindlichen Elektronik wird bei jedem Sicherheitsrelais mittels eines speziellen Sprühverfahrens ein Schutzlack in definierter und stets gleicher Stärke aufgebracht, der korrosiven Stoffe wie Säuren, Salze oder Feuchtigkeit nachhaltig widersteht. Zudem hat das Weidmüller Labor die Sicherheitsrelais einen Monat lang, ohne Unterbrechung, diversen Schadgasen ausgesetzt. Durchgeführt wurde eine Mischgasprüfung in Anlehnung an die Norm EN 60068 – dem sogenannten 4-Komponenten-Schadgastest. Die Schadgaskonzentration wurde dem ISA (Instrumentation Society of America ISA S71.04-1985), Level G3, angepasst und war somit wesentlich höher, als die Norm für den 4-Komponenten-Schadgastest eigentlich vorschreibt. Dies simuliert die Umweltbedingungen in der Praxis weitaus realistischer.

Denn erstens überschreitet eine Testdauer von 30 Tagen den höchsten in der Norm vorgegebenen Zeitwert, zweitens waren die Prüflinge während dieser Zeit ununterbrochen in Betrieb. Verschiedene Funktionsprüfungen stellten drittens sicher, dass der Schutzlack auf der Leiterplatte die Schadgase tatsächlich zuverlässig abhält.

Abschließende mikroskopische Untersuchungen wiesen den einwandfreien Zustand der Sicherheitsrelais nach: Die Schadgase hatten das Material trotz der harten Prüfbedingungen nicht angegriffen. Mit anderen Worten: Kunden können SIL3-Produkte von Weidmüller bedenkenlos auch in korrosiven Umgebungen einsetzen, die mit dem Level G3 beschrieben sind. Eine Herstellererklärung zur Qualitätssicherung für das Sicherheitsrelais SCS 24V DC SIL3 weist die erfolgreich absolvierten Schadgasprüfungen nach, sie ist auf der Weidmüller Homepage zu finden.

Praxiseinsätze erfolgreich bestanden

Das SIL3-Relais hat sich zwischenzeitlich in diversen Applikationen bestens bewährt. Ein gutes Beispiel ist die Erschließung von fossilen Lagerstätten im mittleren Osten. Dort wird heute an rund 20 Förderstellen im Meer so genanntes Sauergas gefördert. Ein Erdgas, welches Anteile von Schwefelwasserstoff H2S enthält. Die Förderanlage stellt insbesondere an die dort nötigen Sicherheitskomponenten höchste Anforderungen. Die mit Schutzlack ummantelte Elektronik der Sicherheitsrelais der Safeseries hat sich in dieser G3-Umgebung als äußerst widerstandsfähig erwiesen und wird ihrem Einsatz zur funktional sicheren Abschaltung gemäß EN 61508, SIL3, mehr als gerecht.

Funktionale Sicherheit ist nach der Norm EN/IEC 61508 dann gegeben, wenn das Risiko durch Sicherheitssysteme und organisatorische Maßnahmen auf ein tolerierbares Maß minimiert wird. In diesem Fall kommen SIL-3-Relais zur Notfallabschaltung (Emergency Shutdown) zum Einsatz. Einen solchen Vorgang gilt es nicht dauerhaft, sondern lediglich in Notfallsituationen anzusteuern – höchstens einmal pro Jahr. Entsprechend genügt hier der Betrieb mit niedriger Anforderungsrate (Low-Demand-Mode). Aber auch die Betriebsart High-Demand-Mode, also mit hoher Anforderungsrate, spielt eine zentrale Rolle bei der Herstellung von funktionaler Sicherheit. Ein Beispiel hierfür sind Überfüllsicherungen von Tankanlagen, deren Steuerung ein permanenter Prozess ist. Anforderungen dieser Art entspricht Weidmüller ebenfalls mit seinem Sicherheitsrelais.

Überzeugende technische Mitgift

Das Relais überzeugt mit bewährter Technik und ausgereiften Features. Es ist vom TÜV Nord gemäß EN 61508 für die Sicherheitsanforderungsstufe SIL3 zertifiziert. Mit dem Sicherheits-Integritätslevel lassen sich entsprechende Geräte hinsichtlich ihrer Zuverlässigkeit von Sicherheitsfunktionen klassifizieren bzw. es gilt sicherheitsgerichtete Konstruktionsprinzipien einzuhalten, um Fehlfunktionsrisiken zu minimieren. So besitzt das Modul SCS 24V DC SIL3 einen Sicherheits- und einen zusätzlichen Überwachungskreis (Monitorkreis). Im Sicherheitskreis sind drei Relais in Reihe geschaltet, das gewährleistet stets eine zuverlässige Trennung im Ausgangskreis. Die typische Ausschaltzeit beträgt 14 ms und die Einschaltzeit 7 ms. Den Kurzschlussschutz im „SIL-Kreis“ übernimmt eine interne 5 A Sicherung. Eine Spezialschaltung im Eingangskreis macht das Modul immun gegen Testimpulse, die in Schaltungen dieser Art üblicherweise vorgenommen werden. Der zusätzliche Überwachungskreis (Monitorkreis) ist als Weitspannungseingang ausgelegt. Die typische Einschaltzeit im Überwachungskreis beträgt 21 ms.

In einem Gerät werden so neben der sicherheitsgerichteten Abschaltung (SIL3) auch Feldsignale im Bereich von 24 bis 230 V AC/DC galvanisch isoliert und an die übergeordnete Steuerung gemeldet. Damit erlaubt das Relais den individuellen Einsatz, wie etwa in Backup-Systemen mit hohen DC-Spannungen oder Überfüllsicherungen von Tankanlagen.

Je eine gelbe LED im Sicherheits- und Überwachungskreis befinden sich an der Gerätefront und erleichtern die Funktions-/ Fehleranalyse des Relais. Die von außen zugängliche Sicherung gestattet Anwendern den schnellen Austausch vor Ort. Mit 113,6 x 22,5 x 117,2 mm (lxbxh) ist das Sicherheitsrelais kompakt gebaut, benötigt also nur wenig Platz auf DIN Tragschiene TS35 im Schaltschrank. Leiter im Querschnittsbereich von 0,14 bis 2,5 mm2 las-sen sich via Schraubanschluss rüttelsicher anschließen. Das Sicherheitsrelais ist im Temperaturbereich von -25 bis +50 °C uneingeschränkt betriebsfähig.

* Horst Kalla, Referent Fachpresse bei Weidmüller GmbH & Co. KG

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