In prozesstechnischen Anlagen wie Raffinerien mit exponierten Anlage- oder Gebäudeteilen oder ausgedehnten Anlagen der Wasserwirtschaft können Überspannungsereignisse verheerende Folgen nach sich ziehen: von der Beschädigung oder Zerstörung teurer Maschinen und Anlagen über Sekundärschäden aufgrund von Fehlsteuerung bis hin zum Ausfall ganzer Automatisierungssysteme. Überspannungen sind aber nicht nur eine der häufigsten Ursachen für Elektronikschäden, sie stellen zudem ein erhebliches Gefahrenpotenzial für Mensch und Umwelt dar. Sie entstehen vor allem durch Blitzeinschläge oder Schaltereignisse, können aber auch betriebliche Ursachen haben. Dazu zählen elektrostatische Entladungen, Bürstenfeuer großer elektrischer Maschinen oder Störungen in der Versorgung. Ebenso können Erd- und Kurzschlüsse, das Auslösen von Sicherungen sowie die parallele Verlegung von energie- und informationstechnischen Leitsystemen zu Überspannungen führen. Daher sind die Ursachen für Störungen der Anlage nicht immer offensichtlich, da nicht jede Überspannung durch Blitzeinschlag hervorgerufen wird, sondern eben auch durch „unsichtbare“ Vorgänge innerhalb der Anlage. In der Praxis kommt es als Folge von Überspannungsereignissen vor allem zu irreversiblen Schäden an den IO-Karten aufgrund der Steuerung. Zudem sind Feldinstrumente und Trennbarrieren betroffen, Überspannungsschutzkomponenten unter anderem für Signalleitungen, die induzierte Transienten unterschiedlicher Ursache begrenzen, sind zudem auch aufgrund normativer Randbedingungen für prozesstechnische Anlagen unabdingbar und zwar im Kontrollraum wie auf der Feldseite.
Mehr als nur Schutz vor Überspannungen
Das Überspannungsschutzsystem M-LB-4000 ist ein modularer Überspannungsschutz mit einer Fehlerstatusüberwachung. Die zweiteiligen Geräte für den Schutz der Signalleitungen bestehen aus einem auf einer Hutschiene montierten Basismodul sowie einem abziehbaren Schutzmodul. Dieses enthält auch alle Schutzkomponenten. Es kann werkzeuglos ausgetauscht werden, während das Basismodul in der Anwendung verbleibt. Das Schutzmodul verfügt über eine Statusanzeige an der Frontseite. Wird es vom Basismodul abgezogen, bleibt der betreffende Signalkreis über das Basismodul durchverbunden. Muss das Schutzmodul bei Defekten, Service oder Wartung entfernt werden, kommt es daher nicht zu Betriebsunterbrechungen, die Signalschleife bleibt über das Basismodul geschlossen. Die Verdrahtung des Basismoduls erfolgt über Federklemmen mit Push-In-Anschlusstechnik, eine rüttelsichere Verriegelung der Module ist gewährleistet. Wird das Schutzmodul um 180 Grad gedreht aufgesteckt, ist der Signalkreis durch die integrierte Trennfunktion unterbrochen. Diese Loop-Disconnect-Funktion vereinfacht Wartungsarbeiten und Fehlersuche sowie Loop Checks und ermöglicht Isolationstests während der Inbetriebnahme oder anlässlich wiederkehrender Prüfungen. Zudem können Messertrennklemmen eingespart werden, da deren Aufgabe durch die Loop-Disconnect-Funktion übernommen werden kann. Ein häufig unterschätztes Kriterium bei Geräten für die Installation in Schaltschränken oder Feldboxen sind die Dimensionen der Module. Während die Aufmerksamkeit der Hersteller von Schaltschrankkomponenten sich in der Regel auf die Baubreite fokussiert, bleibt die Bauhöhe aus Sicht der Kunden häufig unbefriedigend. Vor allem bei Nachrüstungen oder dem Ersatz von Messertrennklemmen müssen Geräte mit die zur Verfügung stehende Lücke „reinpassen“. Ist dies nicht gewährleistet, nützen die besten technischen Eigenschaften nichts. Die Geräte des M-LB-4000 sind bei 6 mm Baubreite lediglich 90 mm hoch und sind so auch für beengte Platzverhältnisse geeignet.
Diagnose mit dem Fehlerstatusmodul
Das Fehlerstatusmodul besteht aus zwei Komponenten. Es überwacht einen Block von bis zu 50 Überspannungsschutz-Barrieren. Der Gerätesatz besteht aus zwei Teilen, dem optischen Sender/Empfänger und der optischen Umlenkeinheit. Dazwischen befinden sich die zu überwachenden Überspannungsschutz-Barrieren. Eine Komponente des Fehlerstatusmoduls sendet ein optisches Signal durch den zu überwachenden Block zur zweiten Komponente. Dort wird der Lichtstrahl umgelenkt und zur absendenden Komponente zurück gesendet. Im Normalbetrieb wird der Lichtstrahl auf diesem Weg nicht behindert und erreicht seinen Ausgangspunkt. Tritt dagegen in einem der zu überwachenden Geräte ein Fehler auf, wird das optische Signal unterbrochen und damit der Fehler gemeldet. Das Fehlerstatusmodul stellt eine Statusanzeige über LED bereit und ermöglicht so die Sichtprüfung des Überspannungsschutzes zur Erfüllung der normativen Anforderungen an die regelmäßige Prüfung. Darüber hinaus ist ein Statusmeldeausgang verfügbar, so dass der Block identifiziert werden kann, in dem der Fehler aufgetreten ist. Die Statusmeldung wird über den Fernmeldekontakt an die Steuerung übertragen. Der Statusmeldeausgang ist als Öffner realisiert. Für diese Art der Diagnose ist keine Hilfsenergie erforderlich.
Das Portfolio des M-LB-4000
Abschließend noch ein Blick auf das Portfolio des M-LB-4000: Neben Geräten für Signale aus oder in den Ex-Bereich mit Zulassungen ATEX, CCC, IEXEx und UL gibt es eine Reihe unterschiedlicher Überspannungsschutz-Barrieren für den sicheren Bereich: Geräte für zu schützende Betriebsmittel, die nicht von Erde isoliert sind, beispielsweise bei Anwendungen mit Zenerbarrieren, ebenso, wie für erdfreie Signalkreise, wie sie bei Trennbarrieren oder Signaltrennern zu finden sind. Das Portfolio deckt zudem ein breites Spektrum von Nennspannungen ab, angefangen bei 5 V bis hin zu 230 V. Für den Fall, dass Überspannungsschutz-Barrieren für eigensichere Signale mit Geräte für Signale aus oder in den sicheren Bereich auf einer Hutschiene montiert werden sollen, steht eine Trennwand zur Verfügung, die platzsparend das notwendige Fadenmaß herstellt.