Lösungen mit unterschiedlichem Funktionsumfang

Pur oder High-End

Die Gefährdung der Anlagenverfügbarkeit durch Überspannungen lässt sich nur durch entsprechende Schutzsysteme verhindern. Je größer die prozesstechnische Anlage, umso aufwändiger ist aber die vorgeschriebene, meist manuelle Kontrolle der Überspannungsschutzmodule auf ihre Wirksamkeit hin. Um die unterschiedlichen Anforderungen des Marktes zu erfüllen, bietet Pepperl+Fuchs für die Sicherheit von Signalleitungen zwei Lösungen mit unterschiedlichem Funktionsumfang an. Das modulare High-End-System M-LB-5000 mit Diagnose wird ergänzt durch das M-LB-2000-System für Anwendungen, bei denen eine Minimalspezifikation mit zusätzlichem Loop-Disconnect ausreichend ist.

Die LEDs an der Frontseite des zweiteiligen M-LB-5000 Systems zeigen das Ergebnis der Diagnosefunktion. (Bild: Pepperl+Fuchs Kolleg GmbH)

Die Ursachen für Überspannungen sind vielfältig. Nicht nur Blitzeinschläge, sondern auch Transienten durch Schaltvorgänge sowie Lastabwürfe oder Unterbrechungen der Versorgung können eine Elektronik nachhaltig schädigen. Zu den Auswirkungen gehören neben der direkten Zerstörung von Bauteilen vor allem die Gefährdung der Anlagenverfügbarkeit und ihre Folgen wie Produktionsausfälle, die Betriebskosten nach oben treiben. Überspannungsschutz-Systeme müssen daher integraler Bestandteil von prozesstechnischen Anlagen sein. Zudem fordern aktuelle Normen wie EN 62305, dass sie regelmäßig auf ihre Wirksamkeit hin überprüft werden. Diese Kontrolle erfolgt bislang meist manuell vor Ort, ist gerade bei großen Anlagen sehr aufwendig und erfordert zudem unterwiesenes Personal sowie Hilfsmittel wie einen Prüfkoffer. Trotz dieser Prüfung lassen die gewonnen Ergebnisse keine Rückschlüsse auf die Vorschädigung des Schutzmoduls und damit auf seinen Verschleißzustand zu. Es ist daher bislang nur möglich, die geprüften Geräte mit „gut“ oder „schlecht“ zu bewerten. Um die unterschiedlichen Sicherheitsanforderungen des Marktes für Signalleitungen zu erfüllen, bietet Pepperl+Fuchs zwei Überspannungsschutz-Systeme mit unterschiedlichem Funktionsumfang an.

Überspannungsschutz mit Condition Monitoring

Für höchste Anforderungen und mehr Effizienz hat Pepperl+Fuchs das Überspannungsschutz-System M-LB-5000 mit Condition Monitoring Funktion entwickelt – es gewährleistet eine automatische und kontinuierliche Überwachung von Signalleitungen. Die patentierte Diagnosefunktion erfasst über einen speziellen Algorithmus unterschiedliche Belastungssituationen, die zu einem Verschleiß des Überspannungsschutzes führen. Dazu gehören die Anzahl der Zündereignisse des Gasableiters, die Erfassung der Siliziumtemperatur der Supressordioden und die Messung der Innenraumtemperatur des Überspannungsschutzmoduls. Hat das Schutzmodul 90 Prozent seines Lebenszyklus erreicht, wird dies über eine gelbe Diode angezeigt. So werden die Schutzmodule weder zu früh noch zu spät getauscht. Das optimiert die Verfügbarkeit der Überspannungsschutzfunktion und damit auch die der Anlage und minimiert gleichzeitig die Wartungskosten. Die M-LB-5000-Module bestehen jeweils aus einem Schutzmodul und einem Basismodul, das auf eine Standardhutschiene montiert und auf das das Schutzmodul aufgesteckt wird. Um bei einer Montage von Ex- und Nicht-Ex-Modulen auf einer Hutschiene das Fadenmaß einzuhalten, verfügt das System zusätzlich über eine Trennwand. Alle Module haben eine Baubreite von nur 6,2mm und erlauben eine einfache Inbetriebnahme ohne spezielle Hilfsmittel. Zusätzlich zu den Schutz- und Basismodulen gibt es drei sogenannte Funktionsmodule. Das Wartungsmodul meldet, wenn bei mindestens einem Schutzmodul eine gelbe LED leuchtet und es ausgetauscht werden sollte. Das Fehlermodul zeigt an, wenn bei mindestens einem Gerät ein Fehler (rote LED) auftritt und dieses direkt ausgetauscht werden muss. Die dritte Einheit ist ein Powermodul, das die Schutzmodule über das Power Rail versorgt. Ebenfalls über das Power Rail werden auch die Fehlermeldungen an die Funktionsmodule oder die Steuerung weiter gegeben.

Geeignet für Anwendungen mit Minimalspezifikationen: die Module der M-LB-2000 Familie. (Bild: Pepperl+Fuchs Kolleg GmbH)

Schutzmodule mit Signal-LEDs

Die intuitiv ablesbare Ampelanzeige an den Schutzmodulen minimiert den Prüfaufwand enorm, da der Fehler sehr einfach einem spezifischen Signalkreis zugeordnet werden kann. Eine grüne LED auf dem Schutzmodul bedeutet: Die volle Schutzwirkung ist vorhanden, es gibt eine ausreichende Funktionsreserve und es besteht keinen Handlungsbedarf. Die gelbe LED signalisiert als Teil der Condition Monitoring Funktion, dass das Schutzmodul 90 Prozent seines Lebenszyklus erreicht hat. Der Signalkreis ist nach wie vor geschützt, das Modul sollte aber bei der nächsten Wartung ersetzt werden. Eine rote LED zeigt an, dass das Schutzmodul dauerhaft geschädigt und keine Schutzwirkung garantiert werden kann. Es muss sofort ersetzt werden, um Schäden beim nächsten Überspannungsereignis zu vermeiden.

Vorteile der Modularität

Im Wartungsfall bietet der modulare Aufbau des Überspannungsschutz-Systems deutliche Vorteile im Vergleich zu anderen Lösungen. So führt das Abziehen des Schutzmoduls dank des Basismoduls auf der Hutschiene zu keiner Signalunterbrechung – ein Schutzmodul kann daher getauscht werden, ohne den Anlagenbetrieb zu beeinträchtigen. Ein zusätzlicher Loop Check ist nicht notwendig. Soll der Signalkreis hingegen bewusst unterbrochen werden, beispielsweise für Isolationsprüfungen während der Inbetriebnahme oder bei wiederkehrenden Tests, wird das Schutzmodul einfach um 180° gedreht aufgesteckt. In diesem Fall wird der Signalkreis durch eine integrierte Trennfunktion unterbrochen. Dadurch kann das Modul auch Reihenklemmen in der Rangierebene platzneutral ersetzen. Auf dem Markt ist diese Kombination aus Condition Monitoring, mehr als 100 Modulen pro Funktionsmodulblock, Schleifentrennung sowie 6,2mm Baubreite bei Single-Loop-Integrität einzigartig.

Das M-LB-2000-System – ideal zum Schutz von Signalleitungen gegen Überspannungen, wenn nur Minimalspezifikationen gefordert sind. (Bild: Pepperl+Fuchs Kolleg GmbH)

Reihenklemme mit Überspannungsschutz

Für Anwendungen, bei denen nicht mehr als Minimalspezifikationen plus Loop Connect gefordert werden, hat Pepperl+Fuchs das M-LB-2000 entwickelt. Es ist vom Formfaktor her sehr ähnlich zum M-LB-5000 und zum direkten Aufstecken auf die Hutschiene konzipiert. Die wesentlichen Unterschiede sind, dass weder eine Diagnose noch ein Austausch des Moduls ohne Unterbrechung der Signalleitung möglich ist. Eine Loop-Disconnect-Funktion wird bei gestecktem Modul über zwei leicht erreichbare Schalter an der Frontseite erreicht. Das M-LB-2000 mit einer Breite von ebenfalls nur 6,2mm spart nicht nur viel Platz im Schaltschrank; es ist praktisch ein Reihenklemmenersatz mit Überspannungsschutz. Dadurch kann sogar vollständig auf Messertrennklemmen verzichtet werden – das spart Kosten. Die Zertifikate reichen von ATEX, IECEx bis Zone 1 sowie bis SIL 3.

Fazit

Die Diagnosefunktion des Überspannungsschutz-Systems M-LB-5000 erfasst über einen speziellen Algorithmus unterschiedliche Belastungssituationen und signalisiert, wenn das Schutzmodul 90 Prozent seines Lebenszyklus erreicht hat. Das erhöht die Effizienz der Schutzfunktion deutlich und minimiert die Wartungskosten. Für deutlich geringere Anforderungen im Überspannungsschutz ist das M-LB-2000 mit Loop-Disconnect-Funktion ausgelegt. Es spart mit 6,2mm Breite ebenso viel Platz im Schaltschrank und lässt sich als Reihenklemmenersatz mit Überspannungsschutz einsetzen.