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Moderner Überspannungsschutz Sicher abblitzen lassen

22.10.2018

Sommer, Sonne, Gewitter: Über 95 Prozent aller Blitze des gesamten Jahres treten in den Gewittermonaten Mai bis September auf. Spezielle Schutzgeräte sollen vor Blitzeinschlägen und Überspannungen schützen. Um diese zu prüfen, ist jedoch bisher eine manuelle Wartung vor Ort notwendig. Moderne Technik ermöglicht eine vorausschauende Fernwartung und macht die Vorgänge so effizienter.

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Blitze haben ihren Ursprung in Gewitterzellen, die mehrere Kilometer Durchmesser erreichen können. Obwohl diese Zellen höchstens 30 Minuten aktiv sind, erzeugen sie während dieser Zeit etwa zwei bis drei Blitze pro Minute. So entlädt sich bei einem Blitzeinschlag eine riesige Energiemenge. Sie kann noch in einem Umkreis von bis zu zwei Kilometern um den Einschlagsort Schäden an elektronischen Geräten hervorrufen.

Diese Schäden durch elektromagnetische Beeinflussung an elektronischen Einrichtungen, nehmen als Folge der immer breiteren Einführung elektronischer Geräte und Systeme, auf Grund des abnehmenden Signalpegels und der damit zunehmenden Empfindlichkeit der Betriebsmittel sowie auf Grund der immer weiter fortschreitenden, großflächigen Vernetzung in starkem Maße zu.

Obwohl solche Zerstörungen an elektronischen Bauteilen oft nur wenig spektakuläre Spuren hinterlassen, sind sie häufig mit lang andauernden Betriebsunterbrechungen verbunden. Die Folgeschäden sind dabei oft wesentlich höher als die eigentlichen Hardware-Schäden, ganz zu schweigen von den möglicherweise entstehenden Haftungsfragen. Ganzheitliche Blitz- und Überspannungsschutzkonzepte wirken dem entgegen und sichern die Langlebigkeit und Verfügbarkeit der Anlagen und elektronischen Betriebsmittel. In Kombination mit moderner (Kommunikations-)Technik wird eine vorausschauende Wartung aus der Ferne ermöglicht und macht so die Vorgänge deutlich effizienter.

Vor Blitzen ausreichend schützen

Das bayerische Unternehmen Dehn+Söhne mit über 100-jähriger Firmengeschichte entwickelt und produziert sowohl Schutzlösungen für Blitz- und Überspannungsschutz, als auch für Erdung und Arbeitsschutz. Die Blitz- und Überspannungsschutzgeräte (SPD = Surge Protective Device) werden in vielen verschiedenen Bereichen wie Industrie, Energie- und Verkehrstechnik sowie in der Gebäudetechnik eingesetzt. Beispielsweise werden intelligente Ortsnetzstationen, PV- und Windanlagen, Straßenbeleuchtungssysteme oder Ladestationen für Elektrofahrzeuge zuverlässig vor den Auswirkungen von Blitzentladungen als auch vor netzbedingten Überspannungen mit leistungsfähigen Blitzstrom- und Überspannungsableitern sowohl für energietechnische als auch daten- und informationstechnische Schnittstellen geschützt.

Sollte der SPD aufgrund einer Vielzahl von energiereichen Ableitvorgängen überlastet sein, wird der Defekt beispielsweise durch eine integrierte Funktions- und Defektanzeige oder durch die Nutzung potentialfreier Fernmeldekontakte signalisiert. Jedoch besteht in der Praxis oftmals die Situation, dass der Zeitraum zwischen Defektmeldung des SPD´s und des Austausches durch ein funktionsfähiges SPD auf Grund fehlender Personalressourcen oder weit verteilter Stationen einige Tage oder sogar Wochen in Anspruch nehmen kann. In diesem Zeitraum ist die Anlage nicht geschützt und die Anlagen- und Betriebssicherheit nicht mehr sichergestellt.

Vorschädigung von Überspannungsgeräten frühzeitig erkennen

Aufgrund dieser Problematik haben Dehn+Söhne und
Insys icom, Technologiepartner für professionelle Datenkommunikation und Vernetzung von Daten, ein gemeinschaftliches, bereits geprüftes Konzept für Predictive Maintenance aufgesetzt. Hierbei werden SPDs eingesetzt, die bereits eine Vorschädigung signalisieren und so einen frühzeitigen Austausch empfehlen: so beispielsweise der Blitzstrom- und Überspannungsableiter Blitzductor XT mit integrierter Life-Check-Technologie.

Integriert in die Schutzmodule überwacht Life-Check ständig den Zustand des Ableiters. Entsprechend einem Frühwarnsystem erkennt Life-Check eine drohende elektrische oder thermische Überlastung der Schutzkomponenten, so dass vorbeugend das Überspannungsschutzmodul ausgetauscht werden kann. Die Blitzschutzgeräte werden an einen der Industrierouter aus dem Portfolio von Insys icom angeschlossen, um ihren Zustand zu überwachen und Statusinformationen regelmäßig per Modbus TCP/RTU zu übermitteln.

Diese Zustandsüberwachung (Condition Monitoring) ermöglicht planbare, effiziente und kostengünstige Service-Einsätze. An die Router lassen sich auch weitere Geräte, Sensoren und Aktoren anschließen, um diese ebenfalls zu überwachen, aus der Ferne zu warten oder zu steuern.

Wie setzt sich die Lösung zusammen? Die Überwachungslösung Dehn Record Alert nimmt der Anwender schnell und einfach mittels einer App in Betrieb. Das Kommunikationsmodul Dehn Record kann Statusmeldungen von vier universell einsetzbaren Fernmeldekontakten und von maximal 150 Überspannungs-Schutzgeräten (SPDs) Blitzductor XT verwalten. Dabei fragt es sowohl den Status der Schutzgeräte, als auch die Artikelnummer des Gesamtgeräts sowie die Artikelnummern der jeweiligen Ersatzmodule ab.

Diese relevanten Daten übermittelt er via Modbus TCP/RTU anschließend an ein Insys Smart Device wie beispielsweise an einen Router aus der neuen SCR-Serie. Durch sein kompaktes Gehäuse mit zwei Montagerichtungen eignet sich speziell dieses Gerät als IoT-Gateway für die Montage neben dem Dehn Record Alert sowohl in Unterverteilern als auch in Schaltschränken. Der Router schickt die Daten entweder zu Visualisierungszwecken in eine Cloud oder speichert, bearbeitet und visualisiert diese dank seiner integrierten Linux-Umgebung und der Software icom Data Suite aber auch auf lokaler Ebene.

Zudem kann der Router als Protokoll-Konverter beispielsweise von Modbus auf IEC 60870-5-104 zur Anbindung von Leitstellen der Übertragungs- und Verteilnetzbetreiber oder auf das IoT-Protokoll MQTT fungieren. Bei Bedarf lässt sich auch ein MQTT-Broker auf dem Router betreiben.

Darüber hinaus wird man über Push-Mitteilungen auch sofort alarmiert, wenn ein Schutzgerät vorgeschädigt ist und es sofort getauscht werden muss. Durch die mitgelieferten Informationen zum jeweiligen Gerät ist beim Auswerten der Meldung gleich bekannt, was ersetzt werden muss. Das ist besonders für große Gebäude mit vielen verschiedenen Blitzschutzgeräten in den Schaltschränken von Vorteil.

Auch die passenden Ersatzmodule können einfach und schnell beschafft und getauscht werden, da die Artikelnummer und auch die Typenbezeichnung übermittelt wird. Das spart Zeit-,
Kosten- und Personalressourcen, da nicht nur bisher notwendige Routinefahrten entfallen, sondern auch die Mitnahme von zahlreichen Ersatzteilen auf Verdacht hinfällig wird. Durch die Zustandsüberwachung liegen dem Kunden immer alle wichtigen Informationen zu den Geräten vor, sodass er die Wartung der Anlage vorausschauend und direkt an seinem Arbeitsplatz planen kann. Damit wird die Service- und Routenplanung wesentlich einfacher und effizienter.

Alle Daten im Blick

„Unsere Kunden schätzen an dieser Lösung, dass die Status-Meldungen der Geräte automatisch übermittelt und dokumentiert werden und sich somit der Aufwand minimiert. Außerdem haben sie alle für sie relevanten Daten übersichtlich auf einem Dashboard visualisiert“, erklärt Tobias Kerschensteiner, Business Development Manager der Business Unit Energy bei Dehn+Söhne.

Die Verarbeitung und Präsentation der Daten erfolgt in Leitstellensystemen, Cloud-Services oder direkt vor Ort mittels integrierter Softwareumgebung im Router. Die icom Data Suite, eine flexible, skalierbare Software von Insys icom, erfasst und verarbeitet die Daten direkt auf dem Insys Smart Device. Funktionen wie Logik oder Arithmetik stehen ebenso zur Verfügung wie eine Visualisierung aktuell ermittelter Werte.

Effektiver Einsatz vorausschauender Wartung

„Das Besondere an unseren IoT-Gateways ist, dass sich mit ihnen zentralisierte Ansätze mit dezentralen beliebig kombinieren lassen. Verteilte Anwendungen können ihre Daten an Clouds und andere Speicher- und Verarbeitungsmedien übergeben und sich von dort aus steuern lassen. Außerdem ist eine Datenverarbeitung bereits an den lokalen Einheiten durchführbar. Das bietet Anwendern einen großen Spielraum bei der Gestaltung ihrer Anwendung. Zusätzlich eröffnet es die notwendige Flexibilität, um auch für künftige Anforderungen gerüstet zu sein, ohne dafür extra die gesamte Infrastruktur erneuern zu müssen“, bekräftigt Wolfgang Wanner, Leiter Marketing and Sales Consultancy bei Insys icom.

Verantwortliche aus den Bereichen Industrie, Energie- und Infrastrukturtechnik können mit der gemeinsamen Lösung von Insys icom und Dehn+Söhne die Verfügbarkeit ihrer Anlagen sichern und Service-Einsätze mittels vorausschauender Wartung effizient planen.

Sie können nicht nur bei direkten Blitzeinschlägen, sondern auch bei Einschlägen in der näheren Umgebung, beispielsweise in Laternenmasten oder Stromleitungen, schnell reagieren und so Anlagen bestmöglich schützen.

Bildergalerie

  • Abbildung 2: Die Blitz- und Überspannungsschutzgeräte lassen sich mit dem Profi-Router SCR (rechts) und dem DEHNrecord Alert (links) aus der Ferne warten.

    Bild: Insys icom

  • Abbildung 1: Der schematische Aufbau einer mit DEHNrecord ausgestatteten Anlage.

    Bild: Insys icom

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