Moeller: Störlichtbogenschutzsystem "Arcon" für Anwendung auf Schiffen

Moeller: Störlichtbogenschutzsystem "Arcon" für Anwendung auf Schiffen. Sicherheit als Entwurfskriterium für Schiffe und schiffstechnische Systeme wird zukünftig den gesamten schiffbaulichen Prozess gravierend bestimmen. Das reicht vom Entwurf über die Phasen Genehmigung, Produktion, Inbetriebnahme, Ablieferung und Betrieb inklusive logistischer Aspekte bis hin zum Service und der Wartung.

Auch internationale Bemühungen um ein neues Regime schiffbaulicher Vorschriften auf Basis des risikobasierten Ansatzes - wie auch das europäische Forschungsvorhaben Safedor - weisen in diese Richtung. So ist etwa das Gefahrenpotential beim Auftreten eines Störlichtbogens in der Niederspannungs-Energieverteilung von Schiffen immens. Einen wirksamen Schutz bietet das Störlichtbogenschutzsystem Arcon von Moeller.

Für den Entwurfs- und Genehmigungsprozess von Schiffen und Schiffssystemen gelten die internationalen bzw. nationalen Vorschriften der IMO mit ihren verschiedenen Konventionen, Klassifikationsgesellschaften sowie flaggenstaatlichen Institutionen. Bereits in der Vergangenheit zeigte sich, dass einige neue Lösungen im Entwurf von Schiffen und Schiffsystemen die bestehenden, vorschreibenden Regeln verletzen.

Im Einzelfall sind derartige Lösungen über Äquivalenzverfahren als Sondergenehmigungen aber durchaus realisiert worden. Existierende schiffbaulichen Vorschriften sollen durch ein neues Regelwerk für den Entwurfs- und Genehmigungsprozess ergänzt werden. Da ein Kernziel die Sicherheit ist, wird hierbei der risikobasierte Ansatz vorrangig sein. Reederei, Bauwerft, Zulieferindustrie, Klassifikationsgesellschaft und ggf. eine flaggenstaatliche Institution werden künftig sehr früh zusammenarbeiten müssen.

Schutz von Mensch und Anlage

Die elektrischen Energieversorgungs- und -verteilungsanlagen sind herausragend für die Sicherheit eines Schiffs in seiner Gesamtheit. Dabei ist zu beachten, dass der Energiebedarf auf seegehenden Schiffen ständig steigt und derartige Anlagen zunehmend im Grenzbereich operieren. Zu den Ereignissen mit den heftigsten Auswirkungen auf die Energieversorgung der elektrischen Verbraucher eines Schiffs zählen Kurzschlüsse.

Bei vorschriftengerechter Ausführung einer Schaltanlage führt ein "satter" Kurzschluss ohne Störlichtbogen - nach Wegschalten des Fehlerstroms - zu keiner Einschränkung des Schiffbetriebs. Die spektakulärsten Folgen zeigen zweifellos Kurzschlüsse, die im Zusammenhang mit Störlichtbögen in Schaltanlagen bzw. Verteilungen auftreten.

Störlichtbögen kommen in elektrischen Energieverteilern bei allen Vorsichtsmaßnahmen auch heute noch vor. Sie werden durch menschliche Fehler beim Arbeiten an der Schaltanlage, Verschmutzung oder Betauung, Überspannungen oder ähnlichen Vorfällen verursacht - mit weit reichenden Folgen für Mensch und Anlage.

Nach einem derartigen Schadensfall in der Hauptschaltanlage eines Schiffs ist mindestens eine Hälfte der Energieversorgungsanlage nicht mehr betriebsfähig. Gemäß geltenden Vorschriften (SOLAS) ist das Schiff bestenfalls zum Take-Home-Betrieb fähig. Das Störlichtbogenschutzsystem von Moeller vermeidet dieses Schadensszenario.

Funktion von Störlichtbogenschutzsystemen

Wenn ein Störlichtbogen entstanden ist, erreichen Luftdruck und Temperatur binnen 10-15 Millisekunden ihre Maximalwerte, die durchaus den Vergleich mit einer Explosion zulassen. Da sich die elektrischen Kenngrößen aus den jeweiligen Gegebenheiten wie etwa der Generatorleistung oder der Länge der Anschlussleitungen ableiten, bleibt lediglich die Störlichtbogenbrenndauer als beeinflussbare Größe.

Das Schutzsystem löscht bereits nach zwei Millisekunden den Störlichtbogen - lange bevor gravierende Schäden an Personen und der Schaltanlage entstehen können. Diese besondere Leistungsfähigkeit wurde von der VdS Schadenverhütung (Verband der Sachversicherer) anerkannt und durch ein Zertifikat bestätigt.

Die Funktionsweise ist kurz beschrieben: Das vom Störlichtbogen emittierte Licht sowie dessen Kurzschlussstrom lassen sich sehr gut detektieren. Zur Lichterfassung kommen spezielle Sensoren auf Basis von Lichtwellenleitern zum Einsatz, die entlang der aktiven Schaltanlageteile verlegt sind. Durch radiale Einkopplung wird ein Teil des extrem hellen Störlichtbogenlichtes in den Kern des Lichtwellenleiters eingekoppelt und zur Auswerteelektronik weitergeleitet, wo diese Informationen verarbeitet werden.

Zur Detektion der zweiten Erfassungsgröße, des Kurzschlussstroms, nutzt das System die in den Einspeisungen vorhandenen Stromwandler. Überschreiten beide Detektionsgrößen gleichzeitig bestimmte, festgelegte Schwellwerte, steuert die Auswerteelektronik das Löschgerät an. Das Gerät erzeugt möglichst nahe der Einspeisung, parallel zur Fehlerstelle, einen dreiphasigen metallischen Kurzschluss. Der Strom nimmt den Weg des geringsten Widerstands und der Störlichtbogen erlischt.

Innerhalb von zwei Millisekunden ist der gesamte Vorgang - bestehend aus Detektion, Auswertung und Löschung - abgeschlossen. Auch die Höhe des Störlichtbogenstroms, ob 6 kA, 65 kA oder 100 kA, ändert daran nichts. Der einspeisende Leistungsschalter trennt zudem nur den störlichtbogenbehafteten Anlagenteil vom Netz. Alle nicht betroffenen Bereiche bleiben in Betrieb.

Als Back-up und zum Verhindern automatischer Wiederzuschaltungen steuert das Schutzsystem alle Arbeitstromauslöser der auf diesen Bereich speisenden Leistungsschalter an. Es erfüllt damit in vollem Umfang die Selektivitätsforderungen in Bordnetzanlagen. Nach Beheben der Ursachen und Austausch des Löschgeräts ist die Schaltanlage wieder uneingeschränkt betriebsbereit.

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Dipl.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-Ing. Friedhelm Best
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