Unterschätzte Spannungsspitzen

Die Industrie ohne Strom? Für viele Betriebsleiter eine Horrorvision, die eigentlich viel häufiger schlaflose Nächte bereiten sollte. Denn, bei der sicheren Stromversorgung und dem Schutz gegen die Auswirkungen von Überspannungen regiert in etlichen Unternehmen noch erheblicher Leichtsinn.

Das Sicherstellen einer unterbrechungsfreien Stromversorgung setze ich mal ebenso voraus, wie den äußeren Blitzschutz am Gebäude. Darüber habe ich schon viele Seiten voll geschrieben. Heute geht es ¿ mal wieder ¿ um den Schutz gegen die Auswirkungen von Überspannungen. Der wird ebenfalls häufig sträflich vernachlässigt. Ohne Not setzen viele Unternehmer ihre Existenz aufs Spiel, riskieren zumindest den Verlust großer Werte. Dabei sind die erforderlichen Investitionen für einen ordentlichen Überspannungsschutz verhältnismäßig niedrig und stehen in keinem Verhältnis zu den möglichen Kosten der Schäden, die sich damit vermeiden lassen.

Es muss nicht gleich das Gewitter mit Donner und dem gefürchteten Blitz sein, der in den Betrieb einschlägt. Bereits ein kleines ¿Räuspern¿ auf der elektrischen Leitung genügt oft, um unsere empfindliche Elektronik zu stören oder gar zu zerstören. Gefährliche Spannungsspitzen, diese gefürchteten Transienten, entstehen auch beim Schalten großer Lasten oder beispielsweise unkompensierter Induktivitäten. Sie können ¿ je nach Größe ¿ über Entfernungen von mehr als einem Kilometer noch erhebliches Unheil anrichten.

Genug Angriffsflächen

Empfindliche Angriffsstellen für Überspannungen gibt es genug: Die Telefonzentrale, die Rechner und Ihr Computer-Netzwerk, die per Feldbus vernetzten Steuerungen der Produktionsanlagen und, und, und... Malen Sie sich die Folgen der Ausfälle in diesen Bereichen ruhig mal für Ihren Betrieb aus.

Dagegen hilft nur eine wirklich umfassende Schutzstrategie, die über den einfachen Leitungsschutz weit hinausgehen muss. Dieser innere Schutz sichert als ein wichtiger Teil die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV). Er soll die magnetischen und elektrischen Auswirkungen solcher Störungen auf ungefährliche Werte verringern. Dies geschieht durch Potentialausgleich, Schirmungsmaßnahmen und Überspannungsschutz.

Schutzstrategien

Eigentlich können sich nur wenige vorstellen, daß es möglich ist einerseits Leitungen gegen das brutale Einwirken von Blitzspannungen zu schützen und andererseits niedrige Signalpegel zu übertragen. Erreicht wird dies durch einen gestaffelten Schutz, in dem sich verschiedene Komponenten die Arbeit teilen. Eine Grundvoraussetzung müssen sie jedoch in jedem Fall erfüllen: Ableiten kann man all diese Störungen nur über eine ausreichend dimensionierte Erdleitung.

Ableiter fürs Grobe basieren auf Funkenstrecken und können hohe Energien zerstörungsfrei ableiten. Zwischen zwei aktive Leiter geschaltet, werden Überspannungen ohne Gefährdung der Anlage oder der vorgeschalteten Sicherung abgebaut und abgeleitet.

Je nach Ausführung wesentlich feiner arbeiten Überspannungsableiter auf Varistorbasis. Varistoren sind Widerstände aus Siliziumkarbid oder Zinkoxid, die ihren Wert mit steigender Spannung senken. Diese Änderung erfolgt in Sekundenbruchteilen, so daß Überspannungen in Nanosekunden abgebaut werden können. Leider sind Varistoren nicht für hohe Energien geeignet. Ausgesprochen rationell ist der Einsatz kombinierter Ableiter aus Varistor und Funkenstrecke, weil sie in einem Gerät beide Eigenschaften bieten und wenig Platz beanspruchen.

Ganz allgemein gilt: Blitzstromableiter gehören möglichst nahe an die elektrische Eintrittstelle ins Gebäude und Überspannungsableiter sollten möglichst nahe am zu schützenden Gerät installiert werden.

Ein abgestuftes Programm

Die Industrie bietet inzwischen ein breit abgestuftes Programm geeigneter Geräte an, die eine einfache Auswahl und eine schnelle und sichere Installation gewährleisten. In der schematisch dargestellten Fabrik zeigen die gelben Pfeilklötzchen typische Einsatzorte für derartige Geräte.

Insbesondere in der dezentralen Steuerungswelt, die durch die Feldbusvernetzung möglich geworden ist, entstehen erhebliche Gefahren. Als Beispiel mögen die abgebildeten Ausführungen von Dehn in Neumarkt dienen, die für den Überspannungsschutz entwickelt wurden.

So übernimmt ein Überspannungs-Schutzadapter den feinen Schutz von Profibus-DP-Geräten. Dieser Zwischenstecker wird einfach auf die Endgeräte-Schnittstelle aufgesteckt. Am Eintritt von Busleitungen in das Gebäude ist darüber hinaus für jedes Adernpaar ein geeigneter Blitzstromableiter erforderlich. Beim robusten Zweidrahtbus AS-Interface schützen speziell angepasste Überspannungsschutzmodule die angeschlossenen Geräte vor dem Transienten-Exitus. Bei den vielen Adern von speicherprogrammierbaren Steuerungen verhindern Überspannungsschutz-Reihenklemmen am einfachsten das Eindringen von Transienten. Dies ist nur ein kleiner Ausschnitt aus dem vielfältigen Angebot, das auch für exotische Anwendungen die geeigneten Schutzkonzepte bereithält.

Falscher Rechenstift

Ich will es bei diesem ¿ zugegeben sehr oberflächlichen ¿ Überblick dieses Problemfeldes bewenden lassen. Allzuviele Details wie VDE- und DIN-Nummern hätten Sie sicher nur irritiert oder gelangweilt. Dafür sind ohnehin die Spezialisten zuständig, wenn es an die Realisierung solcher Schutzkonzepte geht.

Schreiben Sie doch einfach mal auf, welche elektrisch/elektronisch betriebenen Einrichtungen Sie im Laufe einer Stunde oder eines Tages für Ihre Tätigkeit benötigen oder nur benutzen. Wenn Sie darauf für einige Zeit verzichten müssen, haben Sie eine Vorstellung von der Katastrophe, gegen die sich viele Unternehmen nicht oder nicht ausreichend schützen.

Vielleicht benutzen da einige den falschen Rechenstift. Dabei sollten Sie allerdings bedenken, dass die meisten Risiko-Überlegungen nur die direkten Kosten für die Wiederbeschaffung zerstörter Anlagenteile berücksichtigen. Welcher Rattenschwanz an möglichen indirekten Kosten hierbei unter den Teppich gekehrt wird, lässt sich kaum erfassen. Also, packen Sie¿s an!

Bernhard Siegmund

Links: http://www.dehn.de