Methoden und systemische Umsetzung einer Zustandsüberwachung für Überspannungsschutzgeräte für die Installation in explosionsgefährdeten Bereichen

Abstract

Vorgestellt wird ein modulares Überspannungsschutzsystem mit integrierter Monitoring- Funktion zum Schutz von Systemen der Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik, das speziell für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen konzipiert ist. Die optimierte 2-stufige Überspannungsschutzschaltung ist bei hohem Ableitvermögen für Stoßströme in eigensicheren Stromkreisen für vergleichsweise hohe Nennströme (IN = 350 mA) einsetzbar. Dies wird durch die Verwendung niederimpedanter Entkopplungselemente in Verbindung mit leistungsfähigen Überspannungsschutzelementen sowie deren energetischer Koordination erreicht. Im Rahmen dieser Arbeit werden Methoden und technische Lösungen erarbeitet, die eine Zustandserfassung und -bewertung (Monitoring) von Überspannungsschutzelementen erlauben. Durch die Erfassung geeigneter Messgrößen, lassen sich mittels geeigneter Algorithmen kontinuierlich Aussagen zur erfolgten Bauteilbeanspruchung sowie zu physikalischen Bauteilparameteränderungen treffen. Diese Informationen lassen sich über eine Klassifizierung in Status-Meldungen abbilden. Vor dem Hintergrund hoher Sicherheits- und Verfügbarkeitsanforderungen von Systemen der Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik (MSR) sind derartige Funktionen in die neuentwickelten Überspannungsschutzmodule integriert. Darüber hinaus ergeben sich, durch die Forderung nach einem Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen, zusätzliche Anforderungen aus den gängigen Normen. Diese sind in die Entwicklung des Überspannungsschutzsystems eingeflossen. Auf Basis der Zielsetzung, die zu schützenden Signaladerpaare in die Ex-Zone 0 zu führen und das Überspannungsschutzsystem in Ex-Zone 2 installieren zu können, erfolgte die Festlegung der notwendigen Zündschutzarten für die einzelnen Systembestandteile. Zugrunde gelegt werden dabei die Zündschützarten "Geräteschutz durch Eigensicherheit" und "Geräteschutz durch Zündschutzart "n"". Für das System wird die Temperaturklasse T6, die im Vergleich die niedrigste Oberflächentemperatur fordert und damit die höchste Anforderung darstellt, gewählt, um so einen möglichst breiten Einsatzbereich gewährleisten zu können. Die Möglichkeit einzelne Überspannungsschutzmodule im Betrieb wechseln zu können ohne zuvor die Anlage außer Betrieb setzen zu müssen, wird durch die Wahl der Zündschützart "Eigensicherheit" für die Monitoring-Funktion erreicht.