So lassen sich Überspannungsschutzgeräte clever überwachen

Autor / Redakteur: Holger Heckler* / Dipl. -Ing. Ines Stotz

Einschlägige DIN-Normen fordern die regelmäßige Prüfung von Überspannungsschutzgeräten. Zudem wünschen viele Anwender eine Überwachung im laufenden Betrieb, um schnell auf Überlastung oder Ausfall der Geräte reagieren zu können. Aber welche Möglichkeiten zur Überwachung, zur Diagnose und zur elektrischen Prüfung der Geräte gibt es?

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Intelligenter Schutz: die Statusinformationen der Überspannungsschutzgeräte werden übertragen und ausgewertet.
Intelligenter Schutz: die Statusinformationen der Überspannungsschutzgeräte werden übertragen und ausgewertet.
(Bild: Phoenix Contact)

Empfindliche elektronische Geräte werden immer häufiger in Bereichen eingesetzt, in denen hohe Anlagenverfügbarkeit gefordert wird. Um wirkungsvoll gegen menschengemachte Überspannungen sowie gegen gewitterbedingte Überspannungen und Blitzströme zu schützen, werden Überspannungsschutzgeräte – nachfolgend als SPDs (Surge Protective Devices) bezeichnet – verwendet. SPDs sind so ausgelegt, dass es bei den typischen menschengemachten und gewitterbedingten Überspannungen und Blitzströmen nicht zu einer nennenswerten vorzeitigen Alterung der Geräte kommt. Häufige menschengemachte Überspannungen und energiereiche Blitzereignisse können SPDs jedoch vorzeitig altern lassen. Am Ende ihrer sinnvollen Nutzungsdauer werden sie automatisch in einen sicheren Zustand überführt und in der Regel vom zu schützenden Stromkreis getrennt. Also muss deren Alterung möglichst frühzeitig erkannt werden – vorgeschädigte SPDs sollten im Rahmen vorbeugender Wartung ausgetauscht werden. Dies kann durch „smarte“ Überwachungsfunktionen und durch eine qualifizierte elektrische Prüfung problemlos erfolgen.

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SPDs mit einfacher Statusanzeige

Viele SPDs sind mit einer einfachen Statusanzeige ausgestattet. Bei Varistor-basierten SPDs wird zum Beispiel die Temperatur der Varistoren überwacht und der Status der thermischen Abtrennvorrichtung an der Frontseite angezeigt. Solche Vorrichtungen werden nicht nur bei SPDs für energietechnische Anwendungen eingesetzt. Sie sind auch bei MSR- oder datentechnischen Anwendungen einsetzbar, um eine Überlastung von SPDs durch unzulässig hohe Fremdspannungen zu erkennen – etwa durch das unbeabsichtigte Aufschalten einer höheren Spannung auf einen Stromkreis mit geringerer Spannungsfestigkeit.

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Für eine hohe Anlagenverfügbarkeit ist eine Überwachung von SPDs unverzichtbar. SPDs mit smarten Überwachungsfunktionen können komplexe Fehlerzustände erkennen und gehen dabei weit über die Funktion einer einfachen thermischen Überwachung hinaus. Die Statusinformationen lassen sich heute komfortabel sammeln und dann anlagenweit und anlagenübergreifend anzeigen und verarbeiten. Intelligente Hochspannungs-Prüfgeräte ermöglichen zudem die umfassende elektrische Prüfung von SPDs – im Rahmen der von Normen- und Gesetzgebern vorgegebenen Prüfintervalle.

Smarte Statusüberwachung

In SPDs für MSR- und datentechnische Anwendungen werden in den letzten Jahren vermehrt geräteintegrierte Überwachungselektroniken eingesetzt. Solche „smarten“ SPDs können Leckströme messen, Kurzschlüsse erkennen sowie Überspannungen und Blitzströme erfassen. Sie benötigen häufig eine Hilfsspannungs-Versorgung – zum Beispiel 24 V DC. Anwenderfreundliche SPDs sind deshalb so konstruiert, dass die Hilfsspannungs-Versorgung und die Sammlung der Statusinformationen ohne zusätzlichen Verdrahtungsaufwand und ohne Konfigurieraufwand möglich ist – zum Beispiel mit einem hutschienen-integrierten Bus-System.

Statusinformationen sammeln und verarbeiten

SPDs sind häufig mit Fernmeldekontakten zur Weiterleitung von Statusinformationen ausgestattet. Oft wünschen Anwender eine Sammelmeldung, wenn eines von mehreren Geräten defekt ist. Realisierbar ist dies durch die Reihenschaltung von Fernmeldekontakten. Einige technisch ausgefeiltere SPDs ermöglichen zum Beispiel die Erzeugung von optoelektronischen Sammelmeldungen. Phoenix Contact bietet hier seine Produktfamilie Termitrab complete sowie - für Sammelmeldungen via Hutschienen-integriertem Bus-System - die Produktfamilie Plugtrab IQ.

Manchmal werden SPDs an entlegenen Orten eingesetzt – zum Beispiel bei Wasser-Hochbehältern, Brunnenanlagen oder Pumpstationen. Für solche Anwendungen sind Funk-Modems eine geeignete Option, um Statusinformation an überlagerte Automatisierungs- und Meldesysteme weiterzuleiten.

Anzeige, Weiterleitung und Verarbeitung der Statusinformationen von Überspannungsschutzgeräten erfolgen durch:

  • Lokale Anzeige (Leuchte, Meldetableau),
  • akustische Meldevorrichtung (Hupe, Summer),
  • Eingang einer SPS bzw. eines Automatisierungssystems,
  • Remote-Eingang eines Feldbus-Systems oder eines TCP/IP-basierten Netzwerks,
  • Feld-Multiplexer,
  • Analog-Modem,
  • GSM/GPRS-Funk-Modem (SMS, E-Mail, Smartphone-App, ODP-Protokoll),
  • Trusted Wireless-Netzwerke.

Regelmäßige Prüfung von SPDs

Die regelmäßige Prüfung und Wartung von Blitz- und Überspannungsschutz wird von unterschiedlichen Seiten gefordert. Dazu gehören Gesetzgeber, Aufsichtsbehörden und Berufsgenossenschaften sowie einschlägige DIN-Normen – etwa DIN EN 62305-3 Anhang E.7. Die Prüfintervalle für Sichtprüfungen und für umfassende Prüfungen sind abhängig von der Art der Anlage und den anzuwendenden Blitzschutzklassen gemäß DIN EN 62305-3 Tabelle E.2. Umfassende Prüfungen sind bei Blitzschutzklasse I & II spätestens alle zwei Jahre durchzuführen, bei Blitzschutzklasse III & IV spätestens alle vier Jahre.

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Normen
  • DIN EN 62305-3 & VDE 0185-305-3 (2011): Blitzschutz - Teil 3: Schutz von baulichen Anlagen und Personen
  • DIN EN 62305-4 & VDE 0185-305-4 (2011): Blitzschutz - Teil 4: Elektrische und elektronische Systeme in baulichen Anlagen

Viele SPDs besitzen eine einfache Funktionsanzeige. Einige smarte SPDs verfügen über zusätzliche Überwachungsfunktionen, die eine erweiterte Überwachung und Diagnose ermöglichen. Eine umfassende Prüfung der Geräte, wie in DIN EN 62305-3 gefordert, ist während des laufenden Betriebs einer elektrischen Anlage nicht möglich. Für umfassende elektrische Prüfungen wird daher ein geeignetes Hochspannungs-Prüfgerät benötigt. Die während der Prüfungen gewonnenen Messergebnisse werden dann mit Referenzwerten verglichen und bewertet. Für aussagekräftige Prüfungen müssen SPDs so konstruiert sein, dass eine elektrische Prüfung aller relevanten Bauteile möglich ist.

Dieser Beitrag stammt von unserem Partnerportal Elektrotechnik.de.

* Dipl.-Ing. Holger Heckler, Produkt-Marketing Blitz- und Überspannungsschutz, Business Unit Trabtech, Phoenix Contact GmbH & Co. KG, Blomberg

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