Intelligenter Überspannungsschutz

Die hohe Verfügbarkeit elektrischer Anlagen ist heutzutage unabdingbar. Ob analoge oder digitale Signale - alles muss zuverlässig und dauerhaft funktionieren. Blitz- und Überspannungsschutz kommt daher in zahl­reichen Applikationen der Mess-, Steuer- und Regelungstechnik (MSR-Technik) zum Einsatz. Worauf es ankommt zeigt ein Überblick von Jens Willmann, Leiter Produktmarketing Überspannungsschutz Trabtech, Phoenix Contact.

Viele Lösungen am Markt erfüllen die technischen Belange der Applikationen. Aufgrund der zahlreichen Signalleitungen in der MSR-Technik und der damit häufig zu installierenden Schutzgeräte müssen die Produkte komfortabel, sicher und schnell installiert werden können. Zudem muss sich der Anlagenbetreiber auf die ordnungsgemäße Funktion des Überspannungsschutzes verlassen können. Eine Aussage, ob die Funktionalität zwar jetzt noch, aber schon bald vielleicht nicht mehr gegeben ist, sollte vor Ort und von der Leitwarte aus möglich sein. Die neuen „intelligenten" Überspannungsschutzgeräte aus der Produktfamilie Plugtrab PT-IQ von Phoenix Contact 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. Über mechanische Kopplungen wird eine elek­trische oder mechanische Signalisierung am ÜsG angezeigt.

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 4-20 mA-Stromschleife. Somit scheidet die thermische Überwachung als zuverlässige und universelle Methode zur Zustandsüberwachung von ÜsG in Applikationen der MSR-Technik aus. Darum basiert das intelligente System der Produktfamilie Plugtrab PT-IQ auf einer kontinuierlichen elektrischen Überwachungs­technik.

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 Service-Einsatz 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 Service-Einsätze zu vermeiden. Die Statusinformationen können zusätzlich über einen integrierten potentialfreien Fernmeldekontakt abgefragt werden.

Fix und fehlerfrei installieren
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. Aus Anwendersicht ist das leicht realisierbar, da die ÜsG meist in Verteilungen eingebaut sind, die eine separate 24 V-Stromversorgung besitzen.

Stand der Technik ist, dass Überspannungs­schutz­geräte für die MSR-Technik separate Klemmstellen für die externe Hilfsenergie besitzen. Diese werden einzeln durchverdrahtet oder gebrückt. Niemand möchte jedes einzelne Überspannungs­schutzgerät mit der 24 V-Stromversorgung verdrahten. Mit Plugtrab PT-IQ wird der Verdrahtungsaufwand auf ein Minimum beschränkt. Das Schutzsystem besteht aus einem Controller, den eigentlichen ÜsG, sowie den Tragschienen­verbindern. Die 24 V-Stromversorgung wird zentral einmal am Controller angeschlossen. Die externe Spannungsversorgung wird durch das Aufleuchten der grünen LED am Controller signalisiert.

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 der Überwachung jedes einzelnen Ableiters ist nicht erforderlich. Es 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 LEDs 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. 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.

Variabel anschließen und flexibel erweitern
Die Produktfamilie bietet neben der Schraubanschlusstechnik ebenfalls die Möglichkeit die Signalleitungen über Push-In-Anschlusstechnik zu verdrahten. Die bis zu 50 Prozent geringeren Steckkräfte erlauben das leichte, direkte Einstecken starrer und flexibler Leiter mit Aderendhülsen ab 0,34 mm². Somit werden die Verdrahtungszeiten reduziert. Des Weiteren bieten diese Produkte Prüfabgriffe an jeder Klemmstelle.

Oftmals werden in der MSR-Technik viele Sig­nalleitungen geschützt - dazu werden immer mehrere ÜsG benötigt. Mit Plugtrab PT-IQ können jetzt bis zu 28 Ableiter kostensparend mit nur einem Controller überwacht werden. Jedes Überspannungsschutzgerät 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. Bei Systemen, die auf drahtgebundene Versorgung und Überwachung des Überspannungsschutzes beruhen, muss bei einer Erweiterung in die Verdrahtung des bestehenden Systems eingegriffen werden.

In der Praxis befinden sich innerhalb des
Schaltschranks oftmals nicht alle Überspannungsschutzgeräte für die MSR-Technik an einem Installationsort - etwa auf einer Hutschiene aneinandergereiht. Über einen separaten Leiterplattensteckverbinder kann das Überwachungssystem flexibel auf eine andere Hutschiene ausgedehnt werden, um die dort installierten Produkte in das Konzept zu integrieren.