Blitz- und Überspannungsschutz in Produktionsanlagen

Eine hohe Verfügbarkeit der infor­mations- und produktionstechnischen Anlagen ist eine wichtige Voraus­setzung für den kontinuier­lichen Fertigungsprozess. Damit es auch bei Blitzbeeinflussungen nicht zum Produktionsausfall kommt, setzt die Firma Zehnder, die im Badischen Heizkörper und Lüftungsgeräte fertigt, auf ein leistungsstarkes Überspannungsschutz-Konzept.

Als Tochtergesellschaft der international agierenden Zehnder Group produziert das Unternehmen an seinen Standorten Lahr und Riegel elegante Heizkörper und formschöne Lüftungsgeräte für ein behagliches Raumklima. Damit die Heizkörper zum richtigen Zeitpunkt am richtigen Ort sind, ist ein kontinuierlicher Fertigungsprozess entscheidend. Nun sind im Südwesten Deutschlands starke Gewitter keine Seltenheit, und es kann leicht zu Überspannungsschäden an elek­trischen Anlagen kommen. So entstanden beispielsweise nach einem Blitzschlag in den Fluss Elz sowie den Leopoldskanal bei Riegel Schäden an der EDV-Anlage von Zehnder.

Überspannungsschutz-Konzept
Um derartige Geräte-Ausfälle auszuschließen, entschied sich Zehnder, mit Fachleuten ein Schutzkonzept zu erarbeiten, das auch bei Gewitter für einen reibungslosen Fertigungsablauf sorgt. Zu diesem Zweck wurde um Marcus Mießmer, Elektromeister bei Zehnder, ein Projekt-Team gebildet: Neben Hans-Jürgen Burkhart vom ortsansässigen Elektrofachbetrieb Imtech-ICT, der die Projektleitung übernahm, saßen auch ein Fachberater von Sonepar Deutschland sowie ein technischer Vertriebsmitarbeiter von Phoenix Contact im Team. Zuerst analysierte das Team, welche EDV-Geräte stark gefährdet sind. Da alle Daten aus der Fertigung in Riegel zum Hauptrechner im Verwaltungsgebäude übertragen werden, lag dort das höchste Gefährdungspotential. Anschließend konnten alle Detail­fragen - von der Anlagenumgebung über die Planung bis zur Beschaffung der Komponenten - schnell und effizient geklärt werden.

19-Zoll-Rack ermöglicht einfachen Anschluss
Um Überspannungen vom Hauptrechner fern­zuhalten, wurden alle Datenleitungen, die aus der Fertigung kamen, mit Überspannungsschutz ausgerüstet. Hier fiel die Wahl auf ein 19-Zoll-Rack, das durch seine von vorne zugänglichen Anschlüsse auf einfache Weise in einer EDV-Verteilung nachgerüstet werden kann. Mit einer Höhe von nur einer Einheit (HE, Höheneinheit) können 24 Ports gleichzeitig geschützt werden. Mittels handelsüblicher Patch-Kabel, die ausschließlich von vorne angeschlossen wurden, konnte der Verkabelungsaufwand gering gehalten werden. Diese einfache Anschlussmöglichkeit erlaubt es dem Nutzer jederzeit, das aktuelle Überspannungsschutz-Konzept ohne großen Aufwand zu modifizieren oder zu erweitern.

Damit Überspannungen - insbesondere aus Blitzeinschlägen - elektronische Geräte nicht beschädigen oder zerstören können, müssen alle von außen kommenden Leitungen mit Schutzgeräten ausgerüstet werden. Aus diesem Grund wurde auch die Stromversorgung der EDV-Anlage mit Überspannungsschutzgeräten ausgerüstet. Mit dem so geschlossenen Schutzkreis werden alle von außen kommenden Überspannungen sicher über das Potentialausgleichssystem in das Erdreich abgeleitet und vom Endgerät ferngehalten.

Gefahren birgt nicht nur der direkte Blitzeinschlag
Bei Blitzeinschlägen treten nicht nur am Einschlagsort Schäden auf, sondern auch in einem Umkreis von mehreren 100 m. Diese Schäden treten durch Induktionen in Leiterschleifen der Elektroinstallation auf. Durch eine geschickte Leitungsführung, bei der die Leiterschleifen so klein wie möglich gehalten werden, kann man dieser Gefahr entgegenwirken. Zu vermeiden sind derartige Schleifen in keinem Fall. Daher ist es notwendig, an beiden Enden eines Daten- bzw. Stromversorgungskabels, das gebäudeübergreifend verlegt wurde, Überspannungsschutzgeräte zu verwenden. Aus diesem Grund wurde das Überspannungsschutz-Konzept, das bereits im Verwaltungsgebäude in Lahr erfolgreich eingesetzt wurde, auch in der Fertigungsstätte in Riegel realisiert.

Durch eine separate Einspeisung der Energieversorgung wurde es notwendig, zusätzlich den Blitzstromableiter Flashtrab Compact zu installieren. Mit diesem Schutzgerät werden Blitzströme sicher von den elektrischen Geräten ferngehalten. Dieser moderne Blitz­strom­ableiter beinhaltet bereits eine zweite energetisch koordinierte Schutzstufe. Die früher notwendigen Leitungslängen oder Entkopplungsspulen zwischen erster und zweiter Stufe sind nicht mehr erforderlich. Der Platzbedarf konnte somit erheblich reduziert werden. Dieses Konzept, bei dem sowohl im Verwaltungs- wie auch im Fertigungsgebäude sämtliche Daten- und Stromversorgungsleitungen berücksichtigt wurden, sorgt nun für eine kontinuierliche Fertigung selbst bei starkem Gewitter. Seit der Installation der Überspannungsschutzgeräte sind keine Schäden mehr aufgetreten.

Normenkonformität schafft Qualität und Sicherheit
Beim Aufbau eines hochwertigen Überspannungsschutzsystems müssen Produkte verwendet werden, die eine Klassifizierung nach
den einschlägigen Überspannungsschutz-Normen besitzen. Aus diesem Grund wurden bei Zehnder für die Stromversorgung Schutzgeräte verwendet, die nach der Norm EN 61643-1 [1] (VDE 0675, Teil 6-11) spezifiziert und geprüft waren. Bei den Schutzgeräten für EDV-Anlagen ist neben der Norm EN 61643 21 [2] (VDE 0845 Teil 3-1) für eine Beurteilung der Übertragungsqualität zusätzlich die Norm EN 50173 [3] zu berücksichtigen. Durch die Verwendung normenkonformer Produkte wurde ein hoher Sicherheitsstandard erreicht.

Störungen und Beschädigungen, die zu Ausfällen von EDV-Anlagen aufgrund von Überspannungen führen, können vermieden werden - wenn alle Schnittstellen mit geeigneten Schutzgeräten ausgestattet werden. Dabei sollte der Überspannungsschutz die Datenübertragung nicht beeinflussen. Das gelingt mit Schutzgeräten, die nach der Anforderungsklasse Class D bzw. Kategorie 5e der Norm EN 50173 zertifiziert und zudem nach den Normen EN 61643-1 und EN 61643-21 geprüft sind. Mit dem bei der Zehnder GmbH installierten Überspannungsschutz, bei dem sowohl im Verwaltungsgebäude als auch im Fertigungsgebäude alle Daten- und Stromversorgungsleitungen berücksichtigt wurden, wird eine kontinuierliche Fertigung aufrechterhalten - auch bei starkem Gewitter.