MSR-Technik Intelligenter Überspannungsschutz: Darauf kommt es an

Autor / Redakteur: Spencer Ryan* / Dipl. -Ing. Ines Stotz

Elektrische Anlagen müssen jederzeit zuverlässig funktionieren. Ein umfassender und systematischer Schutz vor Überspannungen ist deshalb ein wichtiger Teil der Maßnahmen, mit denen Betriebselektriker die Verfügbarkeit der ihnen anvertrauten Installationen sicherstellen können. Lesen Sie, worauf es dabei ankommt.

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Das Überspannungsschutzsystem Plugtrab PT-IQ von Phoenix Contact schützt industrielle Anlagen zuverlässig und intelligent.
Das Überspannungsschutzsystem Plugtrab PT-IQ von Phoenix Contact schützt industrielle Anlagen zuverlässig und intelligent.
(Bild: Distrelec)

Überspannungen sind eine allgegenwärtige Gefahr für den zuverlässigen Betrieb elektrischer Anlagen. Dies gilt in besonderem Maße für Signalschnittstellen: Durch die Vielzahl parallel verlegter Leitungen sowie ihre empfindlichen Eingangs- und Ausgangsschnittstellen sind MSR-Anlagen durch Überspannungen weitaus mehr gefährdet als beispielsweise Stromversorgungssysteme.

Die Ursachen für Überspannungen können sehr unterschiedlicher Natur sein. Neben kritischen Überspannungen durch Blitzeinschläge in Energie- oder Signalleitungen sind es im Anlagenumfeld vor allem kapazitive oder induktive Einkopplungen anderer elektrischer Systeme – zum Beispiel beim Abschalten von Motoren oder Generatoren –, elektrostatische Entladungen oder Schaltvorgänge im Mittel- oder Niederspannungsnetz, die zu Problemen führen können.

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Auf dem Markt gibt es heute viele Lösungen, die die technischen Anforderungen an einen wirkungsvollen Überspannungsschutz erfüllen. Allein die Eingabe des Suchbegriffs „Überspannungsschutz“ im Onlinekatalog von Distrelec ergibt bereits über 400 Treffer.

Aufgrund der zahlreichen Signalleitungen in der MSR-Technik und der entsprechend häufig zu installierenden Schutzgeräte sollten die Produkte aber nicht nur alle technischen Anforderungen erfüllen, sondern auch möglichst komfortabel, sicher und schnell installiert werden können.

Intelligente Überspannungsschutzgeräte sorgen für Sicherheit auf einen Blick

Die Rückmeldungen der Distrelec-Kunden belegen, dass der mitunter hohe Zeitaufwand für die Installationen der Systeme von vielen Herstellern vernachlässigt wird. Zudem muss sich der Anlagenbetreiber jederzeit auf eine ordnungsgemäße Funktion des Überspannungsschutzes verlassen können. Ob dessen Funktionalität zwar im Moment noch, aber schon bald vielleicht nicht mehr gegeben ist, sollte vor Ort und von der Leitwarte aus auf einen Blick erkennbar sein.

Ein Beispiel für „intelligente“ Überspannungsschutzgeräte aus dem Sortiment von Distrelec ist die neue Produktfamilie Plugtrab PT-IQ von Phoenix Contact.

Vorausschauend überwachen – nicht nur beim Blitzschutz

Blitzschutzsysteme müssen nach IEC 62305-3 in regelmäßigen Abständen einer Sichtprüfung unterzogen werden. Bei den Überspannungsschutzgeräten (ÜsG), die ein fester Bestandteil dieser Blitzschutzsysteme sind, geschieht dies meist durch integrierte Statusanzeigen. Sie sind heute der Stand der Technik bei vielen 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. Über mechanische Kopplungen wird dann eine elektrische oder mechanische Signalisierung am ÜsG angezeigt.

In Systemen der MSR-Technik stellt sich die Situation deutlich anders dar. Hier kann nicht immer davon ausgegangen werden, dass sich im Fehlerfall die Temperatur der Bauelemente der Schutzgeräte signifikant erhöht – etwa bei einer 4 bis 20 mA-Stromschleife, einer typischen MSR-Anwendung, in der viele der über Distrelec bezogenen ÜsG eingesetzt werden. Somit scheidet die thermische Überwachung als zuverlässige und universelle Methode zur Zustandsüberwachung von ÜsG in den Applikationen der MSR-Technik aus.

Das intelligente Überwachungssystem Plugtrab PT-IQ löst dieses Problem durch eine kontinuierliche elektrische Funktionskontrolle der Schutzkomponenten mit einem dreistufigen, intelligenten und vorausschauenden Überwachungssystem.

Die grüne LED signalisiert den einwandfreien Betrieb. Die gelbe Statusanzeige informiert den Anwender darüber, dass das Schutzgerät zwar aktuell noch funktioniert, aber seine Leistungsgrenze erreicht hat. Der Techniker kann in diesem Fall entscheiden, ob der Ableiter ausgetauscht werden soll, um weitere Service-Einsätze zu vermeiden. Die rote LED signalisiert, dass der Ableiter überlastet ist und sofort ausgetauscht werden muss. Sämtliche Statusinformationen können zusätzlich über einen integrierten potentialfreien Fernmeldekontakt abgefragt werden.

Einfache und fehlersichere Installation

Die elektronische Überwachung der Schutzkomponenten darf zu keinem Zeitpunkt das zu schützende System beeinflussen. Aus diesem Grund kann die zum Betrieb benötigte Energie nicht aus dem Signalkreis entnommen werden und muss extern zugeführt werden. Für den Anwender ist das in der Regel einfach realisierbar, da die Überspannungsschutzgeräte (ÜsG) meist in Verteilungen eingebaut sind, die über eine separate 24V-Stromversorgung verfügen.

Bei ÜsG für die MSR-Technik sind solche separaten Klemmstellen für die externe Hilfsenergie mittlerweile Stand der Technik. Sie werden entweder einzeln durchverdrahtet oder gebrückt. Jedes einzelne Gerät mit der 24V-Stromversorgung zu verdrahten, ist allerdings sehr zeitaufwändig und für den Anwender wenig komfortabel.

Minimaler Verdrahtungsaufwand

Das Konzept von Plugtrab PT-IQ bietet sich hier als Lösung an, denn es reduziert den Verdrahtungsaufwand auf ein Minimum. Das Schutzsystem besteht aus einem Controller, dem eigentlichen ÜsG, sowie den Tragschienenverbindern.

Die 24V-Stromversorgung wird so nur einmal zentral am Controller angeschlossen. Das Aufleuchten der grünen LED am Controller signalisiert den ordnungsgemäßen Betrieb der externen Stromversorgung. Über die in der Hutschiene liegenden 5-poligen Tragschienenverbinder werden alle Überspannungsschutzgeräte mit der benötigten Hilfsenergie versorgt. Gleichzeitig meldet jeder Ableiter über dieses System seinen Status an den Controller zurück.

Zusätzlicher Verdrahtungsaufwand für die Zuführung der Hilfsenergie oder die Überwachung jedes einzelnen Ableiters ist nicht erforderlich. Er reicht aus, einfach die Tragschienenverbinder aufzurasten und die Module zu installieren. Damit ist das in vielen Beratungsgesprächen von Distrelec-Kunden immer wieder gewünschte anwenderfreundliche Design beispielhaft umgesetzt.

Übersichtlich: Sammelstatus-Informationen

Der Controller gibt als zentrale Einheit eine Sammelstatus-Information über die bereits erwähnte integrierte Statusanzeige und über potentialfreie Fernmeldekontakte weiter. Dank dieser 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 LEDs der Ableiter auf Wunsch ausgeschaltet werden. Die Statusinformationen „gelb“ und „rot“ bleiben davon selbstverständlich unberührt, damit Probleme oder Fehler nach wie vor erkannt werden können.

Wartungsfreundlicher Überlastungsschutz

Das Überlastungsschutzsystem ist zweiteilig strukturiert und damit wartungsfreundlich. 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 die damit verbundene Unterbrechung des Signalkreises ist nicht erforderlich. Außerdem bietet diese Konstruktion die Möglichkeit, den Schutzstecker zu ziehen, ohne die Impedanz des Signalkreises in irgendeiner Form zu beeinflussen.

Erweiterbarkeit sichert Flexibilität

In der MSR-Technik werden meist viele Signalleitungen geschützt – und dazu benötigt man immer mehrere ÜsG. Mit Plugtrab PT-IQ können bis zu 28 Ableiter kosten- und platzsparend mit nur einem Controller überwacht werden. Jedes Gerät schützt auf einer Baubreite von nur 17,5 mm bis zu fünf Signaladern. Somit bietet ein einzelner Controller Informationen über den Schutzstatus von bis zu 140 Signalleitungen.

Das System von Phoenix Contact lässt sich jederzeit durch einfaches Anreihen eines weiteren Tragschienenverbinders erweitern. Alle dazu erforderlichen Bauteile sind bei Distrelec erhältlich und werden nach Bestellung innerhalb von 24 Stunden ausgeliefert. Der Betrieb der bereits bestehenden ÜsG muss zur Erweiterung nicht unterbrochen werden.

Dies ist ein großer Vorteil im Vergleich zu Systemen, die auf einer drahtgebundenen Versorgung und Überwachung des Überspannungsschutzes beruhen. Bei dieser Konstruktion muss bei einer Erweiterung immer in die Verdrahtung des bestehenden Systems eingegriffen werden.

Da sich in der Praxis oft nicht alle Überspannungsschutzgeräte für die MSR-Technik an einem Installationsort innerhalb des Schaltschranks befinden, kann das Überwachungssystem über einen separaten Leiterplattensteckverbinder flexibel auf eine andere Hutschiene ausgedehnt werden. So lassen sich auch die dort installierten ÜsG problemlos in das Konzept integrieren.

* Spencer Ryan, technischer Berater Elektromechanik, Distrelec

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