Temperaturmessungen sind für nahezu alle Industrien relevant, denn sie helfen dabei, den Funktionszustand von Betriebsmitteln zu verstehen und vorherzusagen. Um die Vorteile der Temperaturüberwachung auf einen größeren Kreis von Systemen und Anlagen auszudehnen, hat ABB das Temperaturüberwachungsrelais CM-TCN auf den Markt gebracht. Es verfügt über bis zu drei Fühlerkreise zum Anschluss gängiger Temperaturfühler, um eine bequeme lokale Temperaturmessung zu ermöglichen. Über die Relaisausgänge können bei Erreichen bestimmter Temperatur-Schwellwerte verschiedene Aktionen ausgeführt werden. Das Einstellen des Relais ist per Smartphone oder über die integrierte LCD-Anzeige möglich. Außerdem kann das CM-TCN mit dem ABB Ability Energy and Asset Manager Cloud-Service verbunden werden und ermöglicht damit eine transparente Überwachung des Verhaltens von Betriebsmitteln und des elektrischen Systems aus der Ferne.
Leicht ablesbare LCD-Anzeigen
Leichte Ablesbarkeit und eine einfache Einrichtung gehörten zu den Hauptanforderungen beim Design der Relais. Eine beleuchtete LCD-Anzeige an der Vorderseite des Geräts zeigt die aktuellen Messwerte und Wartungsdaten an. Durch Betätigung des drehbaren Drucktasters unterhalb der Anzeige mit einem Schraubendreher kann der Benutzer einfach durch das Konfigurationsmenü navigieren. Die symbolgestützte Bedienoberfläche erfordert keine Übersetzung, steigert die Effizienz beim Kundendienst und vereinfacht das Einstellen von Schwellwerten und Parametern. Ein passwortgeschützter Zugang und eine optionale Parametersperre sorgen zudem für erhöhte Sicherheit. Über das Menü sind auch eine Ereignishistorie, ein Betriebsstundenzähler, Gerätestatistiken und weitere Servicedaten abrufbar. Werkseitig vordefinierte Profile (Einstellungen) verkürzen die Installationszeiten für häufig genutzte Anwendungen wie die Temperaturüberwachung von Transformatoren, Lagern oder Wicklungen von Elektromotoren. Alle Parameter können zudem individuell angepasst und in einem von vier benutzerdefinierten Profilen gespeichert werden. Ein weiteres Feature ist die integrierte Simulationsfunktion: Sie ermöglicht die Überprüfung der Relaiseinstellung vor der endgültigen Aktivierung.
Parametrierung per Smartphone-App
ABB Epic (Electrification Products intuitive Configurator) ist eine kostenlose SmartphoneApp zur Konfiguration, Installation und Inbetriebnahme von ABB-Niederspannungsprodukten wie dem CM-TCN. Die App kommuniziert per Nahfeldkommunikation (NFC) mit dem Relais. NFC ist ein internationaler Übertragungsstandard für kontaktlosen Datenaustausch, der auf der RFID-Technologie (Radio Frequency Identification) basiert. Die NFC-Technologie ist bereits in den meisten elektronischen Geräten wie Tablets und Smartphones integriert und wird tagtäglich z.B. beim kontaktlosen Bezahlen genutzt. Durch einfaches Berühren des Überwachungsrelais mit dem Smartphone führt die ABB Epic-App die Parametrierung aus und kann Einstellungen per NFC von einem Gerät zum anderen kopieren, auch wenn die Geräte ausgeschaltet sind. Dadurch, dass das CM-TCN auch in spannungslosem Zustand eingerichtet werden kann, wird die Installationszeit verkürzt – in einigen Fällen laut Hersteller um bis zu 80 Prozent. Dies ist besonders für Erstausrüster (OEMs) und Schaltanlagenbauer interessant. In der App werden der aktuelle Relaiszustand und die Messerwerte angezeigt, und auch Parameter können dort gespeichert werden. Außerdem sind verschiedene Servicedaten und die Ereignishistorie per Smartphone abrufbar.
Thermischer Schutz und Zustandsüberwachung
Die Relais vom Typ CM-TCN ermöglichen eine Temperaturmessung mit bis zu drei Fühlerkreisen, wobei die gängigsten Fühlertypen (PTC-Thermistoren, PT100, PT1000 und NTC sowie Bimetall-Schalter) verwendet werden können. Der große Temperaturmessbereich von -200 bis +850°C deckt alle denkbaren Anwendungen ab. Das Relais selbst ist für Umgebungstemperaturen von -25 bis +60°C ausgelegt. Die Schwellwerteinstellungen des Relais sind flexibel und ermöglichen die Konfiguration von Voralarmen und Alarmen gemäß den Anforderungen der jeweiligen Anwendung. Zum Beispiel kann der erste Relaiskreis als Voralarm, der zweite als Alarm und der dritte als Fühlerfehleralarm konfiguriert werden. Insgesamt stehen neun Signale für verschiedene Kombinationen von Auslöseereignissen zur Verfügung. Die Relais bieten sieben werkseitig vorkonfigurierte Profile für folgende Anwendungen:
- Motorwicklungsschutz mit Temperaturfühlern vom Typ PT100 (Profil 1 und 3)
- Motorlagerüberwachung mit PT100-Fühlern (Profil 2)
- Motorwicklungsschutz mit PTC-Thermistoren (Profil 4)
- Transformatorüberwachung mit PT100-Fühlern (Profil 5)
- Transformatorüberwachung mit PTC-Thermistoren (Profil 6)
- Individuelle Temperaturüberwachung mit PT100-Fühlern
Das Profil 5 ermöglicht z.B. eine Transformatorüberwachung mit drei Eskalationsstufen. Dabei ist der Schwellwert 1 auf 130°C eingestellt und löst bei Erreichen Relais 1 aus, das die Lüftung zur Kühlung des Transformators einschaltet. Darüber hinaus ist Relais 1 eine zyklische Schaltfunktion zugeordnet, die den Lüfter einmal pro Woche für 15min einschaltet, um ein Festsetzten zu verhindern. Schwellwert 2 ist eine Vorwarnung bei 140°C und löst Relais 2 aus. Neben dem Schwellwert sind auch die Fehlersignale des Fühlers dem Relais 2 zugeordnet, d. h. ein Leitungsbruch oder Kurzschluss in den Fühlerkreisen führt ebenfalls zur Auslösung von Relais 2. Der Schwellwert 3 entspricht einer kritischen Temperatur von 155°C, bei der der Transformator durch das Relais 3 abgeschaltet wird. Relais 1 und 3 fungieren als Schließer (Arbeitsstromprinzip), Relais 2 als Öffner (Ruhestromprinzip). Sinken die Temperaturen unter den Schwellwert, werden alle Relais unter Berücksichtigung der Hysterese automatisch zurückgesetzt. Entsprechen die werkseitigen Profileinstellungen nicht vollständig den Anforderungen der jeweiligen Anwendung, können sie angepasst werden. So können z. B. die Temperaturen für die Schwellwerte geändert, aber die in den werkseitigen Profilen definierten Fühlertypen und die Relaisbelegung beibehalten werden. Folgende Einstellungen sind bei den Relais vom Typ CM-TCN frei konfigurierbar:
- Fühlereinstellungen – Definition des Fühlertyps für jeden Messkanal (PT100, PT1000, PTC, NTC, Bimetall oder nicht belegt)
- Signalkonfiguration – Definition von Schwellwerten, Ein-/Ausschaltverzögerungen und Hysterese
- Relaisbelegung – Zuordnung von Signalen (Schwellwerten), Fühlerfehlersignalen und eines Busfehlersignals zu den drei verfügbaren Relais
Durch Temperaturüberwachung lassen sich frühzeitig unzulässige Temperaturanstiege erkennen und Wartungsbedarfe aufzeigen, was dabei hilft, den fortlaufenden Betrieb von Anlagen sicherzustellen und die Lebensdauer von Betriebsmitteln zu verlängern. Die Zustandsüberwachung kann über eine Modbus-Verbindung und den ABB Ability Energy and Asset Manager auch aus der Ferne erfolgen. Ein solches Fernmanagement erhöht zudem die Sicherheit, da das Personal die Anlage nicht mehr aufsuchen muss, um Messwerte abzulesen. Dank der flexiblen Konfigurationsmöglichkeiten kann das Relais neben der Erkennung unzulässiger Temperaturanstiege, die die Lebensdauer der Lager und Wicklungen von Elektromotoren verkürzen, auch zur Temperaturüberwachung von Sammelschienen und Kabeln eingesetzt werden. So können z.B. frühzeitig Probleme durch nicht fest sitzende Verbindungen erkannt und schnell behoben werden.
Eingebaute Konnektivität
Zur Datenübertragung bietet das Temperaturüberwachungsrelais eine RS-485-Schnittstelle mit Modbus RTU-Kommunikationsprotokoll. Die RS-485-Schnittstelle ist im Gerät integriert und erfordert keine zusätzliche Installation. Über die Schnittstelle können folgende Aktionen aus der Ferne durchgeführt werden:
- Auslesen der Temperaturmesswerte, des Temperaturfühlerzustands und des Schaltzustands der Ausgangsrelais
- Abrufen von Überwachungsdaten wie Ereignishistorie, Betriebsstundenzähler, Wartungszähler und Statistiken
- Konfigurieren des Überwachungsrelais
- Zurücksetzen verschiedener Überwachungsdaten wie Auslösezähler, Ereignishistorie usw.
- Auslesen von Systeminformationen (Gerätetyp, Seriennummer und Firmware-Version)
- Fernsteuern der Ausgangsrelais
Außerdem können verschiedene Reaktionen der Ausgangsrelais bei einem Fehler auf dem Kommunikationsbus festgelegt werden.
Cloud-Integration mit ABB Ability
Wie bereits erwähnt, ermöglicht die ABB Ability Energy and Asset Manager Cloud-Lösung eine transparente Überwachung des Verhaltens des elektrischen Systems aus der Ferne. Die dabei gewonnenen Einblicke ermöglichen es Anlagenbetreibern, Kosten und Risiken zu minimieren und gleichzeitig die Leistungsfähigkeit und Sicherheit ihrer Anlagen zu maximieren. Die Kommunikation zwischen einem Gateway, z.B. einem ABB Ability Edge Industrial Gateway, und dem Relais erfolgt über die integrierte Modbus RS-485-Schnittstelle. Das Edge-Gateway selbst nutzt ein auf dem Know-how von ABB und Microsoft basierendes hochmodernes Cybersicherheitsprotokoll für den Datenaustausch mit der ABB Cloud-Plattform. Die vom CM-TCN in die Cloud übertragenen Daten werden in einem benutzerfreundlichen Widget dargestellt, das eine Temperaturüberwachung verschiedener Betriebsmittel erlaubt. So können Trendverläufe der Temperaturwerte beobachtet werden, um Einblicke in das Temperaturverhalten zu gewinnen. Mit der Einrichtung von SMS- oder E-Mail-Benachrichtigungen können wichtige Personen prompt über das Auslösen eines Relais oder Auftreten eines Fühlerfehlers informiert werden. Das Erstellen eines regelmäßigen Berichts mit Temperaturwerten ist ebenfalls möglich.
Fazit
Die Überwachung der Temperaturen – entweder über die Cloud, in einer Leitwarte oder lokal – hilft, Kosten und Risiken zu minimieren und gleichzeitig die Leistungsfähigkeit und Sicherheit zu erhöhen. Die Einrichtung per LCD-Anzeige am Relais oder per Smartphone ist einfach, und die Möglichkeit zur Konfiguration auch bei ausgeschaltetem Gerät trägt zur Verkürzung der Installationszeiten bei. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Relais eine große Bandbreite von Anwendungen abdeckt, denn das senkt zudem die Lagerhaltungskosten.
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