Netzüberwachung sorgt für Sicherheit

Schaltschränke spielen in den meisten Applikationen eine zentrale Rolle. Wenn die Spannungsversorgung aus dem Netz die Ursache für Probleme ist, kann die Fehlersuche schwierig sein. Besser ist es, diese Fehler durch Netzüberwachung zu vermeiden. Neben der Netzspannung spielt auch die Temperatur im Schaltschrank eine wichtige Rolle für seine Zuverlässigkeit.

Komponenten im Schaltschrank wie Regler oder Steuerungen haben ein Netzteil, das aus der Netzspannung eine Gleichspannung macht. Mikroprozessor, Speicher und die anderen Bauteile in der elektronischen Komponente werden so mit Energie versorgt. Unterspannung, Überspannung, Phasenausfall oder andere Netzprobleme können sich so auf die Funktion der Mikroelektronik auswirken. Dabei können auch sehr kurze Störungen im Netz (sog. Netzwischer) zu erheblichen Problemen im Schaltschrank führen. Da das Versorgungsnetz meistens außerhalb des direkten Einflusses des Betreibers liegt, wird meistens folgender Ansatz verfolgt: Ein Phasenmonitor überwacht die drei Phasen L1, L2 und L3 und bei kritischen Zuständen (z.B. unterschrittenes Limit für die zulässige Unterspannung) wird ein Reset im Schaltschrank ausgeführt. Durch den zentralen Reset wird der ganze Schrank wieder in einen sicheren und definierten Zustand geführt. So wird vermieden, dass einzelne Komponenten möglicherweise zeitlich voneinander versetzt Resets durchführen und bei einem Designfehler im Watchdog (automatischer Reset) sogar in einem undefinierten Zustand verbleiben. Moderne Phasenmonitore gehen auch noch darüber hinaus und dokumentieren den zeitlichen Verlauf der Netzspannung und Fehler oder Probleme jeweils mit einem Zeitstempel. Diese Information kann dann in der Diskussion mit dem EVU (Energieversorgungsunternehmen) genutzt werden, um Probleme in der Netzspannung nachzuweisen. Im Folgenden werden Applikationen und Hintergründe beschrieben.

Fehler durch Regionen mit instabilen Versorgungsnetzen

In Westeuropa ist die Qualität des elektrischen Netzes meistens sehr hoch. Die Bundesnetzagentur in Deutschland stellt auf ihrer Webseite detaillierte Auswertungen zu den Nieder- und Mittelspannungsnetzen zur Verfügung. International arbeitende Hersteller exportieren ihre Produkte aber oft auch in Regionen der Welt, die deutlich instabilere Versorgungsnetze haben. Ein Hersteller von Eismaschinen in Tunesien exportiert z.B. in den ganzen nordafrikanischen Raum und nutzt wegen der dort verbreiteten Netzstörungen Phasenüberwachungsrelais.

Fehler durch regionale Probleme im Netz (Mikroregion)

Manchmal sind es aber auch nicht ganze Länder oder Regionen, die für Schwierigkeiten in den Netzen bekannt sind. Auch in eigentlich stabilen Regionen gibt es immer wieder Mikroregionen, in denen lokal begrenzt Probleme auftauchen. Eine Kälteanlage in einer solchen Umgebung wird durch die Firma Schiessl in Bergheim bei Salzburg betreut. Die Anlage wird durch einen ca. 100 m entfernten Transformator versorgt, an dem auch noch ein Skilift hängt. Durch diesen großen Verbraucher ergeben sich lokal starke Spannungsschwankungen im Netz. Diverse Steuerungen sind immer wieder ausgefallen. Ein FU-Betrieb der Anlage konnte bisher nicht umgesetzt werden, weil die Eingangsspannung zu stark schwankt. Hier wurde mit einem „KRIWAN INT69UY“-Phasenmonitor eine einfach zu installierende Monitoringlösung gefunden. Mit den gemessenen und dokumentierten Daten im PDF-Protokoll aus dem „INT69“ kann nun das Gespräch mit dem Energieversorger und die Forderung nach einem Upgrade der Versorgung mit Daten und Fakten untermauert werden. Der zusätzliche Temperatureingang des PhasenmoniPhasenmonitor im Schaltschrank Übersichtliche Komplettüberwachung der Anlage MSR-Technik  ‹  TECHNIK www.kka-online.info 63 tors wird in diesem Fall nicht genutzt, um die Schaltschranktemperatur zu erfassen, sondern es wird die Heißgastemperatur mit einem PT1000-Sensor überwacht. Durch den zusätzlichen Einsatz eines Verdichterschutzgeräts „INT69I2“ mit Strom- und Temperaturüberwachung konnte eine Komplettüberwachung der Anlage auf verschiedene kritische Fehler hin erreicht werden. Da alle Module die gleiche Diagnose-Schnittstelle für den Datenaustausch mit Smartphone oder Laptop haben, ist die Kommunikation sehr einfach.

Alternde Komponenten

Viele Komponenten werden im Schaltschrank über Jahre und teilweise auch Jahrzehnte eingesetzt. Auch wenn die Funktion unter normalen Randbedingungen noch gegeben ist, können einzelne Bauteile auf der Platine, insbesondere Kondensatoren, altern. Im Einzelfall kann das dazu führen, dass solche Relais, Regler oder SPS anfälliger gegen Spannungsschwankungen im Netz oder Temperaturschwankungen werden. Solche Fehler können in einzelnen Schaltschränken unsystematisch auftreten und im Laufe der Zeit zunehmen. Das macht sie für den Servicetechniker schwer zu finden. Auch hier gilt: Wenn der Schaltschrank überwacht wird (Temperatur und Netzspannung) und bei dem Verletzen von Grenzen ein Reset ausgeführt wird, können undefinierte Zustände und ggf. auch eine Beschädigung von Komponenten vermieden werden.

Teure Serviceeinsätze

vermeiden Clade Engineering Systems in England hatte wiederkehrende Spannungsproblemen an Anlagen im Feld. Diese wurden mit handelsüblichen Spannungswächtern überwacht, die sich aber nicht flexibel genug an die jeweilige Situation vor Ort anpassen ließen. Durch die einfache Anpassbarkeit der „KRIWAN INT69UY“-Phasenwächter konnte dieses Problem gelöst werden und Anlagen konnten noch besser an die Anforderungen der jeweiligen Kunden angepasst werden. Eine einfache USB-Verbindung zwischen dem Phasenwächter und einem Laptop oder Mobilgerät ermöglicht es, sehr komfortabel Parameter und Verhalten auf die jeweilige kundenspezifische Anlage abzustimmen.

Dr. Christian Ellwein, KRIWAN Industrie-Elektronik GmbH, Forchtenberg