• die Funktion und Leistungsfähigkeit von Schaltanlagen vor einer Werksabnahmeprüfung zu verifizieren,
• den Zustand der Schaltanlage bei Werksabnahmeprüfungen und der Inbetriebnahme in einem Zustandsbericht nachzuweisen,
• Elemente zu erkennen, die repariert werden müssen, bevor sie im Betrieb ausfallen,
• Leistungsdaten zu analysieren, um zustandsbasierte Wartungsanforderungen zu bestimmen,
• eine bessere Vorausplanung von Wartungsarbeiten und den Umstieg von einer vorbeugenden auf eine vorausschauende Wartung zu ermöglichen.
Mit der Erfassung von Vor-Ort-Daten über die gesamte Lebensdauer der Schaltanlage hinweg schaffen digitale Schaltanlagenlösungen zudem die Grundlage für Asset-Management-Lösungen, die in der Lage sind, die Restnutzungsdauer elektrischer Betriebsmittel und die Wahrscheinlichkeit von Ausfällen besser abzuschätzen. Noch effektiver ist es, die Schaltanlagen oder das gesamte elektrische System am Standort um eine umfassende Zustandsüberwachung – z. B. mit ABB Ability-Lösungen – zu ergänzen. Diese Lösungen nutzen ausgeklügelte Datenanalysen und Algorithmen, um die von den Geräten kommenden Daten automatisch und kontinuierlich in handlungsrelevante Erkenntnisse umzusetzen, die für das Wartungspersonal bequem über ein Dashboard zugänglich sind. Zusammen mit bisherigen Lebensdauerdaten wie dem Datum der Inbetriebnahme, Wartungsdaten und durchgeführte Wartungshandlungen werden aus den Daten praktische Informationen, die die Grundlage für Entscheidungen bilden. Die Digitalisierung von Schaltanlagen ist nicht auf neue Installationen beschränkt. Jede Schaltanlage lässt sich nach Bedarf durch Hinzufügen von intelligenten Geräten und Sensoren digitalisieren.
Digitalisierung von Schaltanlagen
Bei der Digitalisierung von Schaltanlagen spielen verschiedene Technologien eine Rolle. Für die Überwachung werden digitale MS- und NS-Schaltanlagen z. B. über Ethernet-basierte digitale Kommunikationsverbindungen vernetzt. Gängige Kommunikationsprotokolle sind IEC 61850 und Modbus TCP oder OPC UA, die auch in vielen IIoT-Plattformen (Industrial Internet of Things) zum Einsatz kommen. Leistungsschalter mit intelligenten elektronischen Einheiten (IEDs) wie die Relais der ABB Relion-Familie oder die Schutz- und Steuereinheiten der Ekip-Reihe für NS-Leistungsschalter gehören zu den Kernelementen der Schaltanlagendigitalisierung. Die IEDs übernehmen nicht nur Schutz- und Steuerfunktionen, sondern verfügen auch über eine Zustandsüberwachungsfunktion. Diese liefert dem Betreiber Daten, die analysiert und zur Planung von Wartungsmaßnahmen oder Funktionsprüfungen des Leistungsschalters genutzt werden können. Gleichzeitig ermöglicht ein Laufzeitzähler die Planung zeitabhängiger Wartungsarbeiten für den angeschlossenen Motor oder Transformator. Zu den erfassten Daten gehören:
• elektrische Parameter wie Strom, Spannung und Leistung
• Alarme und Ereignisse mit Zeitstempel
• Leistungsschalter-Zustandsdaten mit Zählerdaten und Werten in Echtzeit
• Veränderungen in der Auslastung
Je mehr Sensortechnologien zur Verfügung stehen, desto „digitalisierter“ wird der Leistungsschalter und kann genauere Informationen über seinen Zustand liefern. Die Erfassung und Überwachung von Daten von anderen Schaltanlagenkomponenten und Sensoren – wie Erdungsschaltern, Trennschaltern und Türkontakten – liefert zusätzliche Informationen über den elektrischen und mechanischen Zustand der Anlage, ohne dass Personen im Schaltraum anwesend sein müssen, was wiederum zur Sicherheit des Betriebs- und Wartungspersonals beiträgt.
Thermische Aspekte
Mit einer Zustandsüberwachung der MS- und NS-Schaltanlagenabschnitte oder -felder können Temperatur- und Feuchtigkeitsdaten vom Schaltraum und vom Inneren der Schaltanlage erfasst werden. Diese Daten liefern einen Einblick in die Betriebsbedingungen und möglichen Auswirkungen auf die Schaltanlage im Laufe ihrer Lebensdauer. Darüber hinaus hilft eine dauerhafte Temperaturüberwachung kritischer elektrischer Verbindungen bei der Beseitigung manueller Wartungsaufgaben und sorgt für eine kontinuierliche Datenaufzeichnung und -analyse. Bei MS-Schaltanlagen können durch Überwachung der Isolierung und der Teilentladungen noch weitere Informationen gewonnen werden. NS-Schaltanlagen werden vorwiegend genutzt, um Hunderte von Lasten wie Motoren oder Unterverteilungen mit Energie zu versorgen. Die Schaltanlagen befinden sich in der Regel in verschiedenen Bereichen eines Gebäudes oder einer Anlage und sind häufig schwankenden oder extremen Temperaturen und Luftfeuchtigkeitswerten ausgesetzt. Auch wenn Schaltanlagen darauf ausgelegt sind, diesen äußeren Einflüssen und einer gewissen inneren Wärmeentwicklung standzuhalten, kann es bei erhöhten Anforderungen an die Ausrüstung zu zusätzlicher Wärmeentwicklung kommen. Üblicherweise rechnet der Betreiber aus, wie viel zusätzliche Last angeschlossen werden kann, ohne die thermische und elektrische Belastbarkeit der Schaltanlage bei den zu erwartenden Umgebungstemperaturen und der zu erwartenden Luftfeuchtigkeit zu überschreiten – ein Vorgang, bei dem es leicht zu Fehlern und Fehlannahmen kommen kann. Digitale Schaltanlagen können hingegen wertvolle historische und aktuelle Daten liefern, die Betreibern und Planern helfen, bei vorgesehenen Erweiterungen die richtigen Entscheidungen zu treffen.
Überwachung digitaler NS-Schaltanlagenmodule
Auch bei NS-Schaltanlagen gibt es verschiedene Module, die Motoren oder externe Lasten speisen. Dies ist ein weiterer Bereich, in dem die Wartung – obwohl regelmäßig erforderlich – manchmal übersehen wird. So verfügen herausnehmbare Module über speziell konstruierte Kontaktsysteme für die Stromanschlüsse, die einer bestimmten Anzahl von Betätigungen standhalten. Diese Kontaktsysteme müssen gewartet (z. B. geschmiert) werden, was traditionell in Wartungszyklen durchgeführt wird, die nicht mit dem tatsächlichen Wartungsbedarf des Bauteils übereinstimmen müssen. Hier und in anderen Fällen können intelligente Geräte wie Leistungsmesser und Motorsteuergeräte dabei helfen, Daten von einem Schaltanlagenmodul bereitzustellen. Diese Geräte überwachen verschiedene Parameter, die ein besseres Verständnis des tatsächlichen Zustands ermöglichen. So können die Wartungszyklen entsprechend berechnet werden. Da nur an Modulen mit wirklichem Wartungsbedarf gearbeitet werden muss, reduziert sich der Wartungsaufwand insgesamt, und vollständige Anlagenabschaltungen werden vermieden.