Die Anlagensicherheit in der chemischen und petrochemischen Industrie muss hohen Ansprüchen genügen. Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit sind wichtig für den kontinuierlichen Produktionsprozess. Um Schäden an Personen, Umwelt und Anlagen abzuwenden, ist ein Blitz- und Überspannungsschutzkonzept für Anlagenbereiche mit und ohne Explosionsgefährdung erforderlich. In diesem Umfeld hat sich in Systemen der Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik (MSR-Technik) die Zündschutzart Eigensicherheit Ex-i als sekundäre Schutzmaßnahme bewährt. Bei dieser Zündschutzart werden Spannungen und Ströme so weit begrenzt, dass Zündenergie und Zündtemperatur eines explosionsfähigen Gemisches nicht erreicht werden.
In den nationalen und internationalen Normen existieren zahlreiche Hinweise auf den Einsatz des Blitz- und Überspannungsschutzes, die in der Praxis koordiniert werden müssen. Dabei stößt man auf die Beurteilung der Explosionsrisiken und der möglichen Zündquellen wie Blitzschlag, Potential-Differenzen und statische Aufladungen. Diese Schlüsselwörter findet man auch in den Regeln für die Betriebssicherheit (TRBS 2152-3 [1]) sowie in Betriebssicherheits-Verordnungen. Generell reicht es aus, die für fast alle baulichen Anlagen anzuwendende Blitzschutznorm (DIN EN 62305 [2]) zu betrachten. Im Teil 2 wird das so genannte Risiko-Management der baulichen Anlage beschrieben, in dem die Auswirkungen bei Blitzeinschlägen betrachtet werden. Die Norm bezieht sich auf alle baulichen Anlagen – auch auf Anlagen mit Explosionsrisiko nach DIN EN 60079-0 [3].
Da für explosionsgefährdete bauliche Anlagen ein erhöhtes Risiko mit oftmals weit reichenden Folgen für Personen und Umwelt besteht, ist ein Blitz- und Überspannungsschutz-Konzept unverzichtbar. Speziell für eigensichere Stromkreise ist die DIN EN 60079-11 [4] maßgebend. Auch hier wird auf die Notwendigkeit des Blitz- und Überspannungsschutzes sowie auf die notwendige Leistungsfähigkeit der Überspannungsschutzgeräte (ÜSG) hingewiesen.
Schutzschaltung für ÜSG
Damit der Blitz- und Überspannungsschutz seinen Beitrag zur Erhöhung der Verfügbarkeit von Anlagen mit explosionsgefährdeten Bereichen leisten kann, müssen die ÜSG eine leistungsfähige Schutzschaltung besitzen. ÜSG, die diese Schutzschaltung beinhalten, müssen den Anforderungen und den bereits erwähnten Ex-Normen genügen. Was nützt aber ein leistungsfähiger Ableiter, wenn er nicht überwacht wird? Bei einem Ausfall des Ableiters wird der Anwender nicht informiert, dass die Anlage nicht mehr geschützt ist. Damit sich die Anlagenverfügbarkeit hier erhöht, müssen die ÜSG mindestens über eine Statusanzeige verfügen. Noch besser ist es, wenn die ÜSG ihren Ausfall zusätzlich fern melden. Denn dann kann der Anwender sofort reagieren.
Bei Anlagen, die eine extrem hohe Verfügbarkeit fordern, ist auch ein kurzzeitiger Ausfall nicht akzeptabel. Hier sind die Anforderungen an den Überspannungsschutz extrem hoch. Für solche Anlagen geben die Ableiter der Produktfamilie Plugtrab PT-IQ von Phoenix Contact präventiv Auskunft über ihren Zustand. Die Produkte arbeiten mit einer dreistufigen Anzeige sowie einer Fernmeldung. Rot signalisiert, dass der Ableiter ausgefallen ist und ausgetauscht werden muss. Mit Gelb zeigt der Ableiter an, dass die Leistungsgrenze erreicht ist. In diesem Zustand schützt der Ableiter zwar noch die Anlage, ein Austausch wird aber empfohlen. Wird der Ableiter in diesem Zustand ausgetauscht ist die Anlage permanent geschützt – und entspricht damit den hohen Anforderungen an die Verfügbarkeit und Sicherheit.
Für die Hilfsenergieversorgung und Fernmeldung werden meist die vorhandenen Klemmstellen des Ableiters verwendet. Dann können diese Klemmstellen allerdings nicht mehr zum Schutz von Signalkreisen genutzt werden. So ist der Ableiter den Umfang des Schutzes betreffend nur für bestimmte Anwendungen geeignet. Hier liegt es auf der Hand, die Hilfsenergieversorgungs- und Fernmeldekontakte an einer zentralen Stelle zusammenzufassen.
Die Einheit, die die Energieversorgung und die Fernmeldung übernimmt, wird also aus dem Ableiter ausgelagert. Hierdurch können zwei weitere Signalleiter geschützt werden. Dieses Prinzip stellt ein Überspannungsschutzsystem dar, bei dem ein vorgelagerter Controller die Energieversorgung und die Sammelmeldung der ÜSG übernimmt. Die gesammelte Meldung wird über potentialfreie Kontakte bis in die Zentrale gemeldet.
Doch wie kommt die Meldung der ÜSG in der Zentraleinheit an? Eine verbreitete Lösung ist, mit kleinen Steckverbindern am Gehäuse des Ableiters zu arbeiten und diese miteinander zu verbinden. Nachteil ist der hohe Verdrahtungsaufwand. Besser ist es, wenn die ÜSG mit wenigen Handgriffen ins System eingebunden werden. Die Produktfamilie Plubtrab PT-IQ stellt hier einen Tragschienenverbinder zur Verfügung.
Die Ableiter werden bequem auf die Tragschiene gerastet und automatisch mit dem Controller verbunden. Der Anwender hat dann keinen Verdrahtungsaufwand. Der Controller kann bis zu zehn Ableiter versorgen und überwachen. Sollte das System erweitert werden, kann durch einfaches Anreihen eines weiteren Tragschienenverbinders ein weiteres ÜSG integriert werden. Kurzfristige Planungsänderungen sind somit kein Thema mehr – im Gegensatz zu Systemen mit drahtgebundener Versorgung und Überwachung des Überspannungsschutzes. In der Praxis kommt es auch oft vor, dass ÜSG innerhalb eines Schaltschranks nicht alle auf einer Montageschiene sitzen. Damit kein weiterer Controller nötig wird, kann über einen Steckverbinder die Überwachung und Versorgung der Ableiter auf eine zweite Montageschiene erweitert werden.
