„Safety above Standard“ – Die häufigsten Fragen zur Sicherheit bei Digitalen Leistungsschaltern

Was bringt es, Leistungsschalter einzusetzen, die mehr Sicherheitsfunktionen erfüllen, als die einschlägigen Normen fordern?

Der wichtigste Nutzen ist natürlich, die Mitarbeiter noch besser vor Stromunfällen zu schützen – eine Gefahr, die nicht unterschätzt werden sollte. Denn trotz aller in den Normen geregelten Schutzfunktionen für Leistungsschalter wurden allein der deutschen Berufsgenossenschaft Energie Textil Elektro Medienerzeugnisse (BG ETEM) im Jahr 2016 noch 3.463 Stromunfälle gemeldet, Tendenz steigend – davon fünf mit tödlichem Ausgang. 90 Prozent dieser Unfälle geschehen im Bereich der Niederspannung. Diese Unfälle ließen sich vermeiden oder zumindest ihre Auswirkungen reduzieren, wenn Leistungsschalter mit zusätzlichen Sicherheitsfunktionen eingesetzt werden.

Unter Umständen erleichtern diese Funktionen auch die Wartungsarbeiten an den Anlagen, da die Mitarbeiter eventuell durch die Reduzierung der Lichtbogenenergie eine persönliche Schutzausrüstung mit einer niedrigeren Lichtbogen-Schutzklasse tragen können. Aber Kurzschlüsse und Störlichtbögen verursachen auch Schäden an den Anlagen oder gar Brände – die Folge sind teure Stillstände. Werden die Auswirkungen der Unfälle reduziert, kann die Anlagenverfügbarkeit und damit die Effizienz im Unternehmen gesteigert werden.

Welche zusätzlichen Sicherheitsfunktionen gibt es?

Leistungsschalter der neusten Generation – wie der digitale NZM von Eaton – verfügen über elektronische Auslöseeinheiten, die die Basis der zusätzlichen Sicherheitsfunktionen sind.

Eine dieser Funktionen ist der Wartungsmodus: Er bietet zusätzlichen Schutz, wenn die Anlage für Wartungsarbeiten nicht abgeschaltet werden kann, sodass die Wartung unter Spannung erfolgen muss oder benachbarte Teile unter Spannung stehen. Fällt dem Mitarbeiter hier zum Beispiel ein Werkzeug in ein Schaltgerät, das unter Spannung steht, entsteht ein Lichtbogen mit einer hohen Impedanz und einem relativ geringen Stromfluss. Er wird von den Schutzorganen daher in der Regel nicht als Kurzschluss erkannt, sondern als Überlast klassifiziert. Daraus resultiert bei der normalen Überlasteinstellung des Schalters eine verzögerte Auslösung, die ein Risiko für den Arbeiter darstellt. Im Wartungsmodus hingegen ist der Schalter in der Lage, den Störlichtbogen im oben genannten Fall unverzögert und beschleunigt abzuschalten. Die übliche Verzögerung bei Überlast ist außer Kraft gesetzt, solange der Schalter sich in diesem Modus befindet. So lässt sich die Lichtbogenenergie im Wartungsmodus um bis zu 75 Prozent reduzieren. Der Wartungsmodus lässt sich übrigens auch mit Türkontakten koppeln, sodass die Funktion automatisch aktiviert wird, sobald die Schaltschranktür geöffnet ist.

Mit digitalen Leistungsschaltern lässt sich im Gegensatz zur herkömmlichen Zeitselektivität zudem eine Zonenselektivität realisieren. Dabei kommunizieren die Leistungsschalter direkt über eine Signalleitung miteinander. Im Fehlerfall wird so sichergestellt, dass nur der Schalter, der unmittelbar dem Fehler vorgeordnet ist und in den Kurzschluss einspeist, unverzögert abschaltet. Im Gegensatz zur Zeitselektivität besteht die Möglichkeit, an jeder Stelle innerhalb des Niederspannungsnetzes schnellstmöglich abzuschalten und so die auftretende Energie und damit die thermische und dynamische Anlagenbelastung auf ein Minimum zu reduzieren. Dadurch lassen sich die Auswirkungen einer Überlast sehr präzise räumlich begrenzen und Betriebsstörungen minimieren.

Der digitale NZM berechnet exakt auf Basis von Messwerten den Abbrand der Kontakte nach einem Vorfall und kann so exakte Angaben zu ihrer Restlebensdauer machen. Damit sind Anlagenbetreiber in der Lage, wenige Sekunden nach einem Kurzschluss zu entscheiden, ob ein Leistungsschalter wieder ruhigen Gewissens in Betrieb genommen werden kann oder ausgetauscht werden muss – ein erheblicher Beitrag zum sicheren Betrieb von Anlagen und Fabriken. Aktuelle digitale Leistungsschalter bieten außerdem Testprogramme an, welche die für die Sicherheitsfunktionen zuständigen Baugruppen überprüfen können. So ist es z.B. möglich, beim digitalen NZM die komplette Mess- und Auslösekette zu prüfen.

Gibt es weitere sinnvolle Ergänzungen zu den Leistungsschaltern, mit denen die Sicherheit noch einmal erhöht werden kann?

Eine Temperaturüberwachung kann gerade im Hinblick auf eine vorausschauende Wartung hilfreich sein. Mit so einem Diagnosesystem lassen sich die neuralgischen Punkte einer Schaltanlage rund um die Uhr überwachen. Es besteht aus autarken Temperatur-Sensoren, die zum Beispiel auf Sammelschienen und Verbindungsstellen angebracht werden und ihre Daten per Funk an ein Steuergerät schicken. Stellt das System eine zu hohe Temperatur in einem Bereich fest, kann über die Kommunikationsschnittstelle der „zuständige“ Leistungsschalter ausgelöst werden – noch bevor ein Brand auftritt oder ein Störlichtbogen droht.

Zusätzlichen Schutz bei geöffneter Schaltanlage bieten zudem Störlichtbogenschutzsysteme wie ARCON® von Eaton. Hierbei wird der Störlichtbogen durch zwei unabhängige Größen detektiert: Zum einen erfassen Messwandler den Überstrom, den ein Störlichtbogen erzeugt. Zum anderen detektieren Sensoren die extrem starke Lichtemission eines Störlichtbogens. Diese analogen Sensorsignale werden in digitale Signale umgewandelt und der zentralen Auswerteeinheit übermittelt. Sie aktiviert dann ein Löschgerät mit extrem kurzen Löschzeiten (unter 2 Millisekunden Gesamtausschaltdauer). Dem einspeisenden Leistungsschalter verbleibt die Aufgabe, den betroffenen Sammelschienenabschnitt vom Netz zu trennen.

Gibt es – neben der Sicherheit – weitere Argumente, die für einen digitalen Leistungsschalter sprechen?

Die elektronischen Auslöseeinheiten moderner Leistungsschalter sorgen nicht nur für ein präziseres Schalten und damit für ein Plus an Sicherheit, sondern sind auch in der Lage, Daten über die aktuellen Zustände, Fehlermeldungen, Diagnose- und Messdaten zu liefern. Ausgerüstet mit einer Kommunikationsschnittstelle, lassen sie sich so in den Informationsfluss einer Anlage einbinden und tragen damit zur Datentransparenz in der digitalen Fabrik bei. Die ausgelesenen Daten können zum Beispiel für ein Energiemanagementsystem genutzt werden. Auch für eine vorausschauende Wartung liefern sie wertvolle Informationen – sowohl zum Zustand der nachgelagerten Prozesse oder Komponenten als auch zur eigenen Verfügbarkeit und Lebensdauer.

Weitere Informationen finden Sie im Eaton Whitepaper „Verbesserte Sicherheit bei Arbeiten unter Spannung“.