Durch Blitzschläge und Schalthandlungen großer induktiver Lasten sind Prozessanlagen regelmäßig der Gefahr von Spannungsspitzen ausgesetzt. Zuverlässiger Überspannungsschutz ist daher entscheidend, um Schäden an der teuren Elektronik und Störungen zu vermeiden. Eine neue Generation von Surge Protektoren mit Selbstüberwachungsfunktion bietet hier maximale Sicherheit, da sie rechtzeitig signalisiert, wann sie auszutauschen ist.

In Prozessanlagen rund um den Globus ist Blitzschutz ein zentrales Thema. Das gilt umso mehr für Regionen in der Nähe des Äquators sowie Gebiete mit tropischem Regenwaldklima und ergiebigen Niederschlägen. An solchen Blitz-Hotspots ist mit täglichen Gewittern zu rechnen und Werke, die hier ansässig sind, benötigen besonders hohen Schutz. Die zweite wichtige Ursache für Überspannungen in elektrischen Stromkreisen sind Impulse, die aus dem Netz selbst kommen. Beispielsweise, wenn Maschinen anfahren oder durch einen Fehler in der Produktion blockieren und ungewollt in Überlast gehen.
Überspannungsmodule, die zum Schutz der Installation zum Einsatz kommen, enthalten verschleißende Elemente. Internationale Standards schreiben daher vor, die Funktion der Module nach jedem Blitzeinschlag, mindestens aber einmal im Jahr zu überprüfen. Bei großen Anlagen mit mehreren Tausenden dieser Geräte ist das gerade in blitzreichen Regionen ein enormer Aufwand.

Blitzschutz der neuen Generation
Bei jedem Blitzschlag muss der Surge Protektor die Spannung über Gasentladungsableiter in die Erde ableiten. Dabei sind die einzelnen Komponenten enormem Stress ausgesetzt. Die Module sind zwar eigens für solche Spannungsspitzen konzipiert, können aber trotzdem nur einer gewissen Anzahl dieser Ereignisse standhalten, bevor sie schließlich versagen. Dabei hängt der Zeitpunkt dieses Versagens von zwei Faktoren ab: zum einen ist die Anzahl der „Einschläge“ entscheidend, zum anderen deren Intensität. Zum Beispiel müsste ein Blitzschutz bereits nach einem einzigen heftigen Impuls von 20 kA ausgetauscht werden, während die Funktionsreserve aber rund 1.000 leichte Stromstöße von 3 kA verkraften könnte. Das Verschleißverhalten der Module verläuft darüber hinaus nicht linear, sondern steigt mit zunehmendem Erschöpfungsgrad überproportional an – und damit natürlich auch die Gefahr eines Ausfalls.
Wenn die Leistungsfähigkeit des Blitzschutzes durch eine Vielzahl kleiner Stromstöße nachlässt, kann sich darüber hinaus ein Leckagestrom bilden, bevor die Funktionsreserve des Gerätes schließlich vollständig aufgebraucht ist. Das wirkt sich auf die Lastverhältnisse des gesamten Feldbussegments aus und kann auch zu Überlasten und Störungen im Anlagenbetrieb führen. Um solche unerwünschten Effekte zu verhindern, verfügen FieldConnex Surge Protektoren von
Pepperl+ Fuchs über intelligente Diagnose-­Technologie. Die Geräte können daher nicht nur den erschöpften Blitzschutz, sondern auch jede qualitative Veränderung erkennen und melden sie an den Leitstand. So ist eine zeitnahe und proaktive Instandsetzung möglich, um die Gefahr eines Segmentausfalls und einer damit verbundene Anlagenstörung auszuschließen.
Muss ein Gerät mit verbrauchtem Blitzschutz ausgetauscht werden, erfolgt per Dia­gnose-Software eine Meldung mit Standortkennung an die Leitwarte. Dann ist nur ein Mausklick nötig und der Diagnose Manager erstellt einen Report, der den Zustand jedes angeschlossenen Surge Protektors dokumentiert und genau aufzeigt, wo er sich befindet. Die Module können so schnell und gezielt ersetzt werden, sobald ihre Funktionsreserve erschöpft ist. Die enorm zeitaufwändigen und kostenintensiven manuellen Überprüfungen nach jedem Gewitter sind dann nicht mehr notwendig. Und dank eingebauter LEDs, die den Gerätezustand anzeigen, ist für die Wartungsmitarbeiter vor Ort auch direkt beim Öffnen des Schrankes ersichtlich, welches Gerät ausgetauscht werden muss.

Enormes Einsparpotenzial im täglichen Betrieb
Wie effizient der Einsatz von Surge Protektoren mit Selbstüberwachungsfunktion tatsächlich ist, belegt eine einfache Fallstudie. Ausgegangen wurde dabei von einer eher kleinen Prozessanlage mit nur 100 Feldbussegmenten, an denen je acht Feldgeräte hängen. Insgesamt sind in der Anlage 1.800 Blitzschutzmodule verbaut. Natürlich hängt die Zahl der Blitzeinschläge, der eine solche Anlage jährlich ausgesetzt wäre, von ihrer geografischen Lage ab. Ein typischer Standardwert liegt bei fünf bis zehn Einschlägen pro Kilometer im Jahr. Für die Studie wählte man die eher konservative Annahme von bis zu drei Einschlägen.
Lediglich ein Zugang zur Diagnostic Manager-Software ist notwendig, um bei Surge Protektoren mit Selbstüberwachungsfunktion die nach jedem Blitzeinschlag geforderte Überprüfung durchzuführen. Die Daten der Module abzurufen ist dann ein ganz einfacher Vorgang, der kaum mehr als fünf Minuten dauert. Und über den erstellten Report können die fehlerhaften Geräte einfach identifiziert und ausgetauscht werden. Bei herkömmlichen Modulen hingegen erfordert die Überprüfung nach einem Einschlag, einen manuellen Funktionstest für jedes der 1.800 Geräte. So rechnen sich die Kosten für Blitzschutz mit Selbstüberwachung bei jährlich nur drei Einschlägen schon im zweiten Jahr, da die zeit- und kostenaufwändigen manuellen Kontrollen entfallen. Nahe der Blitz-Hotspots rund um den Globus ist die Zahl der Einschläge natürlich wie bereits erläutert um ein Vielfaches höher anzusetzen und entsprechend auch das Einsparpotenzial.
Die intelligenten FieldConnex Surge Protektoren mit Selbstüberwachungsfunktion von Pepperl+Fuchs sind für die Bussysteme Foundation Fieldbus H1 und Profibus PA geeignet und kommen ohne Konfiguration aus. Die Installation der Geräte ist einfach und völlig problemlos – es ist keine weitere Verdrahtungsebene notwendig, die Komponenten müssen lediglich an der Stromversorgung oder am Feldbusverteiler aufgesteckt werden. So können auch bereits bestehende Anlagen ohne weiteres Engineering nachträglich mit neuen Surge Protektoren ausgerüstet werden. Transparenz, Verfügbarkeit und Effizienz der Installation wird auf diese Weise deutlich erhöht.