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01 Jederzeit informiert über den Zustand der elektrischen Anlage im Tunnel – dank intelligentem Überspannungsschutz

Intelligenter Überspannungsschutz im Mühlbergtunnel

02 Ingo Kellner überprüft und wartet die Sicherheitssysteme im Mühlbergtunnel

03 Immer genug Wasser zum Löschen – mit überspannungsgeschützten Füllstandssensoren regelt die Steuerung den Wasserpegel

04 Blick in den Schaltschrank – die Schutzgeräte vom Typ Plugtrab PT-IQ lassen sich auf einfache Weise installieren

05 Keine Chance für Überspannungen auf Stromversorgungsleitungen – dank der Blitzstromableiter-Familie Flashtrab FLT- CP

Der 395 m lange Mühlbergtunnel bei Neustadt an der Waldnaab wurde im Sommer 2006 dem Verkehr übergeben. Neben der redundanten Steuerungstechnik erhöht ein neuartiges Konzept beim Blitz- und Überspannungsschutz die Verfügbarkeit der Elektrotechnik – und damit die Sicherheit. Zudem gehören kostenintensive Serviceeinsätze bei Überspannungsschäden der Vergangenheit an (Bild 1).

Der zweitlängste Straßentunnel in der Oberpfalz verbindet die Bundesautobahn 93 mit der Bundesstraße 15 und entlastet die Kreisstadt Neustadt vom Durchgangsverkehr. Die eingesetzte Leittechnik bietet den Verkehrsteilnehmern in Gefahrensituationen immer den bestmöglichen Schutz im Tunnel. Zuständig dafür ist die Dürr Group GmbH aus Weinstadt in Baden-Württemberg, die sich in den letzten 30 Jahren als Anbieter für Tunneltechnik und innovative Verkehrssysteme in Deutschland und Österreich einen Namen gemacht hat. Beteiligt an der Projektplanung war auch die Firma GBI Gackstatter Beratende Ingenieure GmbH aus Stuttgart, die Tunnel in ganz Europa technisch ausrüstet.

Das Sicherheitssystem im Mühlbergtunnel
„Für die Sicherheit im Mühlbergtunnel haben wir diverse Sensorsysteme installiert“, erläutert Ingo Kellner (Bild 2) von der Dürr Group, der die Anlagen im Tunnel wartet. Sichttrübe-Sensoren zeigen Rauchentwicklung an, Licht- Nebel-Sensoren im Außenbereich regeln die Anzeige der Geschwindigkeitsbegrenzung und halten den Verkehr flüssig. Füllstandssensoren an den Löschwasserbecken sorgen dafür, dass diese im Brandfall genug Löschwasser bereitstellen (Bild 3). Und Außenlichtsensoren passen die Helligkeit im Tunnel an das Außenlicht an. „Damit die Sensorsysteme ihre Daten kontinuierlich an das Leitsystem übertragen, muss deren Verfügbarkeit gesichert werden“, erläutert Ingo Braun, der als Projektleiter die Errichtung des Leitsystems im Tunnel begleitet hat. „Für ein professionelles Schutzkonzept haben wir uns an die Überspannungsschutz- Spezialisten von Phoenix Contact gewandt.“ Geschützt werden sollten nicht nur Stromversorgung und Telefonleitungen, auch die Sensorleitungen wurden mit Schutzgeräten der neuen Baureihe Plugtrab PT-IQ abgesichert (Bild 4). I. Braun: „Weil diese Komponenten nicht nur ihren Ausfall, sondern auch ihren Verschleiß signalisieren, können wir Serviceeinsätze besser planen und erheblich reduzieren“.

Überspannungsschutz mit Vorwarnanzeige
Überspannungsschutzgeräte (ÜSG) halten Jahr für Jahr Überspannungen von elektrischen Geräten fern. Oft spielt der Zustand des Schutzgeräts selbst keine Rolle – bei älteren Generationen von ÜSG signalisiert eine Anzeige lediglich den Ausfall. Tritt dieser dann ein, müssen die Schutzgeräte unverzüglich ausgetauscht werden. Wirtschaftlicher ist da eine Vorwarnanzeige, die es ermöglicht, den Austausch frühzeitig einzuplanen. Dies ist eine der Funktionen der Produktfamilie Plugtrab PT-IQ, die stets über den Zustand der ÜSG informiert. Dabei werden alle Schutzkomponenten kontinuierlich überwacht. Zu den Schutzkomponenten gehört eine Hochleistungsdiode, bei der sowohl Leckstrom als auch Impulsbelastung gemessen werden. Mithilfe ausgeklügelter Algorithmen in der Auswertelogik wird der Status „Gelb“ bei einer Grenzbelastung sowie „Rot“ bei einer Überlastung der Diode angezeigt. Auch bei der zweiten Schutzkomponente, dem Gasentladungsableiter (GDT), wird der Status „Gelb“ bei einer Grenzbelastung durch Impulse und „Rot“ bei einer Überlastung des GDT angezeigt. Die Zustandsinformationen der Schutzkomponenten sind logisch verknüpft, sodass stets der wichtigere Zustand am Schutzgerät angezeigt wird. Beim Schutzsystem für die Sensoren werden die Zustandsinformationen der Schutzgeräte an die Leittechnik weitergegeben. Da jedes ÜSG seinen Zustand an eine Zentraleinheit – den Controller – meldet, kann die Zustandsinformation einfach über potentialfreie Fernmeldekontakte am Controller abgefragt werden. I. Kellner: „Die im Mühlbergtunnel installierte SPS fragt diese Kontakte ab und gibt die Zustandsinformationen über die ISDN-Leitung an die übergeordnete Leitwarte weiter.“ In Anlagen ohne Telekommunikationsleitungen kann diese Information auch mithilfe von Interface-Modulen über das Mobilfunknetz direkt an den Servicetechniker weitergegeben werden.

Alle Löcher stopfen
Um alle Leitungswege, auf denen Überspannungen in das Leitsystem gelangen können, zu „stopfen“, müssen neben den MSR-Leitungen auch die Telekommunikations- und Stromversorgungsleitungen in das Überspannungsschutzkonzept einbezogen werden. Kabel von außen haben ein erhöhtes Gefährdungspotenzial, daher werden an den Stromversorgungsleitungen Blitzstromableiter der Familie Flashtrab FLT-CP (Bild 5) eingesetzt. Um die Überspannungen auf den Telekommunikationsleitungen zu bändigen, kommen Geräte der Baureihe Datatrab DT-Tele zum Einsatz. „Mit diesen Geräten entsteht ein geschlossener Schutzkreis“, so I. Braun, „an dem Überspannungen und Ströme sicher über das Potentialausgleichssystem in das Erdreich abgeleitet werden.“ Schäden an der Leittechnik werden so vermieden. Tunnel gibt es auch in höheren Lagen, und so müssen die Schutzgeräte auch höhentauglich sein. Neben der erweiterten Signalisierung Grün/Gelb/Rot wurde bei Plugtrab PT- IQ auch die Höhentauglichkeit verbessert. Die Schutzgeräte der Baureihe erfüllen die erhöhten Anforderungen der Überspannungskategorie 3 – damit zählen sie zu den Betriebsmitteln für den industriellen Einsatz. Durch die großzügige Auslegung der Luft- und Kriechstrecken steht dem Einsatz in Höhen von bis zu 4.000 m jetzt nichts mehr im Wege.

Fazit
Schutzgeräte mit intelligenter Statusüberwachung reduzieren die Serviceeinsätze. Durch ein intelligentes Monitoring- System, das bereits einen Verschleiß der Schutzgeräte signalisiert, bevor sie durch Überlastung ausfallen, wird die Anlagenverfügbarkeit erhöht. „Unser Ziel – mehr Sicherheit bei reduzierten Service-Einsätzen – haben wir beim Mühlbergtunnel erreicht“ resümiert I. Braun. „Plubtrab PT IQ werden wir auch künftig bei Infrastrukturprojekten einsetzen.“ (mh)

Was empfehlen die Normen?
Die DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3 ) Anhang E7 „Wartung und Prüfung von Blitzschutzsystemen“ empfiehlt die regelmäßige Überprüfung der ÜSG. Dies lässt sich über eine Sichtprüfung durchführen, wenn das ÜSG eine Statusanzeige besitzt. Auf eine Sichtprüfung vor Ort kann jedoch verzichtet werden, wenn die Schutzgeräte selbst die Zustandsinformation elektrisch weitergeben können. So können Serviceeinsätze reduziert werden. Auch in Bezug auf die notwendige Leistungsfähigkeit der ÜSG geben die Normen Hinweise. So gibt die Normengruppe DIN EN 62305 (VDE 0185-305 ) vor, dass die Schutzgeräte an den Stromversorgungsleitungen je nach Einbauort die Klassen T1, T2 oder T3 entsprechen müssen. Die DIN CLC/TS 61643-22 (VDE V 0845-3-2 ) beschreibt hierbei die erforderlichen Klassen an den TK- und MSR-Leitungen. Einzuhalten sind je nach Einbauort die Klassen D1, C2 oder C1. Diese und viele weitere Eigenschaften werden durch genormte Prüfungen nach der Produktnorm DIN EN 61643- 21 (VDE 0845-3-1 ) nachgewiesen. Bei einem gut dokumentierten ÜSG gibt es idealerweise Angaben zu mehreren Normimpulsen, denn oft ist die zu erwartete Impulsstärke vom Installationsort abhängig. So sollten Schutzgeräte an der ersten Blitzschutzzone, dem Gebäudeeingang, die Anforderungen der Kategorie D1 erfüllen. Eine zweite Stufe sollte der Anforderungskategorie C2 und eine dritte Stufe der Anforderungskategorie C3 entsprechen.

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Autor:
Dipl.-Ing. Ralf Hausmann ist im Produktmarketing, Netz- und Signal-Qualität Trabtech, für die Phoenix Contact GmbH & Co. KG in Blomberg tätig. rhausmann@phoenixcontact.com