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Anlagenschutz Der Airbag für die Schaltanlage: ultraschneller Erdungsschalter

| Autor / Redakteur: Heinz Christian Scheick* / Ines Stotz

Erdungsschalter Ein sich ausbreitender Störlichtbogen ist der Supergau in einer Niederspannungs-Schaltanlage. Deshalb sind aktive Schutzeinrichtungen so wichtig, die einen wirkungsvollen Personen- und Anlagenschutz sowie höchsten Anlagenfunktionsschutz bieten. Wie dies funktioniert und wirkt, zeigt das Beispiel eines ultraschnellen Erdungsschalters, wie er in Vamocon Anlagen integriert werden kann.

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Das will niemand erleben: Störlichtbogenfall mit Druckwellen von bis zu 300 kN pro Quadratmeter, Hitze bis 15.000° C und Schallwellen bis 140 dB.
Das will niemand erleben: Störlichtbogenfall mit Druckwellen von bis zu 300 kN pro Quadratmeter, Hitze bis 15.000° C und Schallwellen bis 140 dB.
(Sedotec)

Wenn ein Störlichtbogen auftritt und sich in Millisekunden ausbreitet, ist der Schaden an einer Schaltanlage und an Gebäuden schnell riesengroß, von Personenschäden ganz zu schweigen. Denn die Stromversorgung bricht zusammen, die versorgten Aggregate, Maschinen oder Gebäudeeinheiten fallen aus, und es besteht für Personen, die sich in unmittelbarer Nähe befinden, höchste Verletzungs- oder Todesgefahr.

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Um das zu vermeiden gibt es verschiedene Ansätze, so genannte aktive und passive Maßnahmen. Da sich ein ausbreitender Störlichtbogen nicht mehr beherrschen lässt, ist es sinnvoll ihn mit aktiven Schutzeinrichtungen bereits in der frühesten Ausbreitungsphase auszulöschen. Das ist die Aufgabe von ultraschnellen Erdungsschaltern - wie beispielsweise der UFES von ABB.

Die Leistungsschalter von Niederspannungs-Schaltanlagen sind mit dieser Aufgabe überfordert, denn bis sie nach etwa 35 ms reagieren, ist der Schaden schon irreparabel groß. ABB UFES löscht einen aufkommenden Störlichtbogen in 2 ms, wie erfolgreiche Tests belegen. Das ist so schnell, dass sich gravierende Schäden verhindern lassen. Meist kann die Anlage nach Beseitigen der Ursache und Austauschen der Primärschaltelemente (PSE) sofort wieder in Betrieb genommen werden. Ausfallzeiten durch Beschädigung und Austauschen des Feldes treten nicht auf.

Störlichtbögen richten große Schäden an

Ausgelöst durch menschliches oder technisches Versagen oder in die Schaltanlage eingedrungene Tiere, treten im Störlichtbogenfall Druckwellen von bis zu 300 kN pro m2, Hitze bis 15.000 C und Schallwellen bis 140 dB auf. Schon innerhalb 20 ms kann die Temperatur von 35 auf 15.000 °C steigen (s. Diagramm 1). Außerdem breiten sich heiße, metallische und schwefelsäurehaltige Gase aus. Das verursacht gravierende Schäden an Personen, Anlagen und Gebäude.

Meist ist menschliches Versagen die Ursache

Man schätzt, dass etwa 80 Prozent aller Störlichtbogenfälle auf menschliches Versagen zurückzuführen sind. Da sich diese Ursachen nicht hundertprozentig ausschalten lassen, kann es also sinnvoll sein, die Folgen durch Schutzmaßnahmen einzugrenzen bzw. zu vermeiden. Dabei ist es mit Schutzmaßnahmen gegen Störlichtbogenfälle wie mit Versicherungen: Man weiß nie, ob man sie jemals braucht, aber hat man sie im Schadensfall nicht, kann schnell alles verloren sein. So können Einrichtungen wie Operationssäle, Rechenzentren oder wichtige Industrieteile wie vor allem in der Prozessindustrie genauso aber auch Einrichtungen der öffentlichen Versorgung wie Wasserwerke, Kraftwerke oder Verkehrsbetriebe einen Ausfall ihrer Sicherheits-Stromversorgung nicht riskieren.

Mögliche Ursachen von Störlichtbogenfällen:

  • Vergessenes Werkzeug und Material: z.B. Schraubenschlüssel und Drahtabfälle;
  • Wartungs- und Reinigungsarbeiten an Anlagen unter Spannung: herabfallende Metallteile oder Werkzeuge;
  • Ionisiere Luft durch Ausblasgase von Schaltgeräten: Unterschreiten der Luft- und Kriechstrecken;
  • Eindringen von Kleintieren (Ratten, Siebenschläfer, Marder) in die Anlage (durch offene Türen, Kabelboden);
  • Verschmoren von Isolierungen durch lose Kontaktstellen (unzureichendes Drehmoment, Vibrationen), ausgeglühte Kontakte von Schaltgeräten;
  • Veränderung des Kontaktübergangswiderstandes beim Einsatz in „stärkehaltiger“ Umgebung durch Bildung von Silber-Sulfid in Folge von Schwefelwasserstoff.

Der ultraschnelle Erdungsschalter UFES (ultrafast earthing switch), den findige Experten von ABB entwickelt haben, gehört zu den aktiven Schutzmaßnahmen.

Er ist ein Schnellschaltgerät, das bei Auslösung das Hauptsammelschienensystem der Anlage dreiphasig metallisch erdet und so den auslösenden Störlichtbogen innerhalb von nur 2 ms zum Verlöschen bringt. Anschließend wird der metallische Kurzschluss über den konventionellen Leistungsschalter abgeschaltet. Zur Sicherheit löst das Gerät zusätzlich über den Hilfskontakt der Erfassungs- und Auslöse-Elektronik (EAE) den Leistungsschalter aus.

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