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Steckbarer Überspannungsschutz für MSR-Kreise

Bild 1. Überspannungs-schutz Varitector SPC: Die Produktfamilie ist mit 17,8 mm kompakt gebaut und vereint die drei Funktionen Schützen, Anzeigen und Fernsignalisieren in sich. Detail links unten: Schraubenloser PE-Schutzleiter-Anschluss. Detail links oben: Kodierelement verhindert Fehlstecken der Module. Detail rechts oben: Statusanzeige und Meldefunktion. Detail rechts unten: Prüfgerät V-Test zum Prüfen der steckbaren Schutzelemente

Bild 2. Das EMC-Set besteht aus dem Schirmanschluss EMC-Connector und Kabelbindern mit Schirmmantel EMC-Tie. Detail: Großflächiger Anschluss des Leitungsschirms

Bild 3. Beim Überspannungs-schutz Varitector SPC verhindert ein Codierelement, das sich in der Mitte von Sockel und Modul befindet, ein Fehlstecken der Module

Bild 4. Varitector SSC 6AN im 6,2 mm breiten Reihenklemmen-format mit Trenn-/Messfunktion zum Schützen analoger oder binärer MSR-Kreise. Das „Auftrennen“ ermöglicht ein problemloses Durchführen von Prüfungen und Messungen

Überspannungen können zur Zerstörung von Geräten, Totalausfällen von Steuerungssystemen und somit Stillständen von Anlagen führen. Worst Case wäre, wenn beispielsweise die Trinkwasserversorgung einer Großstadt oder einer ganzen Region wegen ungeschützter elektrischer Betriebsmittel und MSR-Leitungen zusammenbricht. Zur Realisierung eines zuverlässigen Blitzschutzzonenkonzepts bietet Weidmüller verschiedene Überspannungsschutzkomponenten an.

Da es sich bei einem Wasserwerk um eine öffentliche Anlage handelt, welche die permanente Wasserversorgung zahlreicher Menschen sicherstellen muss, empfiehlt die Normenreihe DIN EN 62305-1 bis -4 (VDE 0185-305-1 bis -4), dass ein äußerer Blitzschutz integriert wird und zudem sämtliche ein- und ausgehenden Kabel und Leitungen mit einem inneren Blitzschutz ausgestattet werden. Seit 2009 definiert die DIN EN 61643-21 (VDE 0845-3-1) zudem den Schutz für Mess-, Steuer- und Regelsignale. Das Blitzschutzzonenkonzept von Weidmüller umfasst verschiedene Überspannungsschutzkomponenten, wie den Varitector SPC und den Varitector SSC. Beide sind auf den Schutz von MSR-Kreisen abgestimmt.

Überspannungsschutz in 17,8 mm Breite
Mit Varitector SPC (Bild 1) wird eine Überspannungsschutzfamilie angeboten, die drei Funktionen in sich vereint: Schützen, Anzeigen und Fernsignalisieren. Mit 17,8 mm bauen die Module kompakt. Dank eines steckbaren Ableiters lässt sich der Überspannungsschutz einfach austauschen, ohne die Verdrahtung lösen zu müssen. Zudem kann der Ableiter mit dem V-Test-Prüfgerät auf seine Funktion hin überprüft werden. Die Produktreihe umfasst mehr als 80 steckbare Varianten und bietet Module mit Elektronikschaltungen für Binär- und Analogschaltungen sowie mit integrierten Bauelementen. Der PE-Schutzleiteranschluss erfolgt schraubenlos durch einfaches Aufrasten auf die geerdete Tragschiene. Seine Ableitfähigkeit zu PE beträgt bis zu 20 kA (8/20 μs) und 2,5 kA (10/350 μs). Der schraubenlose PE-Schutzleiteranschluss zeichnet sich durch seine große Kontaktfläche sowie hohe Kontaktkraft aus, die durch eine Fremdfederung erreicht wird. Bei dieser Konstruktion handelt es sich um einen „selbst nachstellenden Kontakt“, der mit einer Edelstahlfeder realisiert wird. Dadurch weist die Kontaktierung zur Tragschiene eine hohe Reproduzierbarkeit auf. Das heißt, auch bei einer mehrmaligen „Belastung“ des Moduls wird stets ein hohes Ableitvermögen zur Tragschiene erreicht. Der Modulsockel ist so gestaltet, dass eine werkzeuglose Montage und Demontage möglich ist. Der Überspannungsschutz erfüllt die Angaben der Normenreihe DIN EN 62305.

Der Sockel von Varitector SPC ist als Leiteranschluss mit dem Zugbügelsystem (Schraubanschluss) ausgestattet. Eindrähtige Leiter von 0,5 mm 2 bis 4 mm 2, feindrähtige Leiter ohne und mit aufgecrimpter Aderendhülse im Querschnitt von 0,2 mm 2 bis 2,5 mm 2 lassen sich zuverlässig am Sockel anschließen. Unter der Maxime „Stahl für die Kraft und Kupfer für den Strom“ vereint das Zugbügelsystem die spezifischen Eigenschaften von Stahl und Kupfer. Bei dem von Weidmüller gefertigten Anschlusssystem besteht der Zugbügel aus gehärtetem und die Klemmschraube aus hoch legiertem Stahl. Diese Zugbügeleinheit erzeugt die dauerhafte Kontaktkraft und presst den Leiter gegen die Stromschiene aus Kupfer. So entsteht ein „anschmiegsamer“ und dauerhafter Kontakt mit geringem Übergangswiderstand. Darüber hinaus garantiert der im Zugbügelsystem integrierte Selbstlockerungsschutz eine sichere Verbindung, selbst bei starken Vibrationen. Der Anschluss ist wartungsfrei. Ein Nachziehen der Klemmschraube ist nicht erforderlich.
Auch das Anschließen von geschirmten Leitungen ist mit dem EMC-Set (Bild 2) einfach möglich. Es besteht aus Schirmanschluss EMC-Connector und den Kabelbindern mit Schirmmantel EMC-Tie. Es gestattet den einfachen Anschluss des Leitungsschirms an den Zugbügelanschlüssen, wodurch eine großflächige, durchgängige EMV-gerechte 360°-Schirmung realisiert wird. Um beim Anziehen des Kabelbinders die Betätigungskräfte abzufangen, wird ein Stabilisator montiert, der sich in der Leitereinführung am Gehäuse abstützt. Ein kürzerer Weg von der abisolierten Stelle des Leiters bis zum Ground ist derzeit nicht möglich.
Die Sockel lassen sich zur Aufnahme der elektrischen Betriebsmittelkennzeichnung mit großflächigen Markierern versehen.

Steckbares Überspannungsschutzmodul
Die steckbaren Überspannungsschutzmodule der Varitector-SPC-Familie zeichnen sich durch höchste Schutzfunktionen bei kompakten Abmessungen aus. Ein Fehlstecken der Module wird durch einen seitlich im Modul angebrachten Steg und eine Nut am Modulgehäuse sowie ein Codierelement, welches sich in der Mitte von Sockel und Modul befindet, verhindert (Bild 3). Alle Module verfügen über eine farbige Kennzeichnung der Spannungsebene zur schnellen Identifikation im Schaltschrank.
Die elektrischen Kontakte der Überspannungsschutzmodule sind mit einem Schutz vor Deformation ausgestattet. Das bedeutet, dass ein Kunststoffelement das Zusammendrücken des Kontakts verhindert. Darüber hinaus zeichnet sich die Kontaktstelle zwischen Sockel und Überspannungsschutzmodul durch hohe Kontaktkräfte bei gleichzeitig gut handhabbaren Steck- und Ziehkräften aus.
Die Fehlererkennung und -meldung sind bei den Modulen über eine interne Überwachung geregelt. Eine grüne LED signalisiert den ordnungsgemäßen Betrieb, das heißt die Schutzfunktion ist gegeben. Die rote LED zeigt an, dass ein Fehler aufgetreten ist. In diesem Fall wird automatisch eine Meldung an das Auswertemodul VSPC-Control-Unit weitergeleitet. Mit diesem lassen sich bis zu 40 digitale oder 20 analoge Signale mit je zehn Überspannungsschutzmodulen abfragen. Auch ein Energieschutz mit einem potentialfreien Kontakt kann mit in den Überwachungskreis eingebunden werden.

Überspannungsschutz im Reihenklemmenformat
Bei Varitector SSC handelt es sich um eine im Reihenklemmenformat entwickelte Überspannungsschutzfamilie. Sie vereint die beiden Funktionen Anschließen und Schützen in sich. Die Baubreite der Module beträgt 6,2 mm. Innerhalb der Produktfamilie werden mehr als 100 Varianten angeboten. Der Schutz umfasst Stromschleifen und binäre Signale für 5 V, 12 V, 24 V, 48 V und 60 V. Für den Anwender besonders interessant ist die Variante Varitector SSC 6AN (Bild 4). Sie ist mit sechs Leiteranschlüssen, einer zusätzlichen LED-Funktionsanzeige, einem direkten Schirmanschluss und einem „Trenner“ zum einfachen und präzisen Auftrennen der zu schützenden Signalkreise ausgeführt. Das Auftrennen ermöglicht ein problemloses Durchführen von Prüfungen und Messungen. Durch den gelb ausgeführten „Trenner“ ist die Trennstelle gut sichtbar. Der direkte Schirmanschluss und die Trenn-/Messfunktion qualifizieren den Varitector SSC 6AN für Applikationen in der Prozesssteuerung und Prozessautomation. Die Messgeräte lassen sich via Prüfstecker (PS 2,3 mm) einschleifen und entsprechend das Feld, den Schaltschrank oder das System ohne Überspannungsschutz durchmessen. Dazu sind in den Torx-/Schlitzschrauben Aufnahmen für Prüfbuchsen integriert. Die Schraubanschlüsse (Zugbügelsystem) nehmen Leiter von 0,5 mm 2 bis 6 mm 2 auf und bieten einen rüttel- und vibrationssicheren Anschluss. Zusätzlich bietet die Torx-Schraube ein sicheres und schnelles Aufbringen des Nenndrehmoments in jeder Lage. Die Schutzschaltungen sind auf Stromschleifen sowie analoge oder binäre Signale abgestimmt.

Das zuverlässige Ableiten der Überspannung bis zu 20 kA (8/20 µs) geschieht durch den bereits beschriebenen Tragschienenkontakt. Er stellt sich durch die Fremdfederung – ausgeführt in einer Edelstahlfeder – selbst nach. Zur Installation wird der Varitector SSC auf die geerdete Tragschiene aufgerastet. Der PE-Anschluss kontaktiert direkt und garantiert langfristig gute Ableiteigenschaften.
Zum präzisen Identifizieren verfügt auch Varitector SSC 6AN über großflächige Beschriftungsmöglichkeiten. Geräte- und Einzelanschlussbezeichnungen sowie farbige Kennzeichnungen der Spannungsebene zur schnellen Identifikation im Schaltschrank erleichtern Service- und Inbetriebnahme. Darüber hinaus lassen sich zwei Gerätemarkierer vom Typ Snapmark so auf die Überspannungsschutzklemme aufstecken, dass die Betriebsmittelkennzeichnung in jeder Einbaulage gut lesbar ist. Die Montageposition im Schaltschrank spielt jetzt keine Rolle mehr.

Normkonform
Alle Varitector-SPC- und -SSC- Produkte sind entsprechend den aktuellen Standards geprüft, wie DIN EN 61643-21. Sie erfüllen den sicheren Kurzschlussmodus bei Überlastung durch Wechselströme in den Klassen D1, C1 und C2.

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Autor: Dipl.-Ing. Ralf Güthoff ist bei der Weidmüller Interface GmbH & Co. KG Produktmanger Überspannungsschutz.

Autor: Dipl.-Ing. Horst Kalla ist bei der Weidmüller Interface GmbH & Co. KG für den Bereich Fachpresse zuständig.