1. Entladung statischer Elektrizität (ESD – electro static discharge)
Elektrostatische Entladungen ergeben sich aus der Berührung statisch aufgeladener Personen mit geerdeten Geräten. Dabei können die Komponenten beschädigt oder sogar komplett zerstört werden. Beim Entladevorgang entsteht ein Entladestrom, der einen typischen Verlauf aufweist. Das ist zum einen ein steiler Stromimpuls, der durch die Ladung der menschlichen Hand verursacht wird. Anschließend folgt ein energiereicher Impulsverlauf, welcher die Ladung des menschlichen Körpers repräsentiert. Die hier auftretenden Spannungen können bis in den zweistelligen Kilovolt-Bereich gehen (Bild 4).
2. Schnelle transiente elektrische Störgrößen (Burst)
Die Burst-Prüfung stellt das Ein- und Ausschalten von gemischt induktiv-kapazitiven Lasten in elektrischen Versorgungsnetzen dar. Die schnelle Abschaltung zieht eine Überspannung mit geringer Energie nach sich, und es bildet sich ein Abrissfunke an den Kontakten. Prellen die Kontakte, kommt es zu mehrfachen Impulsen, so genannten Burst-Paketen. Die Überspannungen breiten sich über sämtliche angeschlossene Leitungen aus und können, obwohl sie energiearm sind, die angekoppelten Geräte zerstören. Die Störfestigkeit wird mit einem normierten Impuls nachgewiesen. Um das Prellverhalten der Kontakte nachzubilden, werden mehrere Impulse in 15ms lange Burst-Pakete zusammengefasst (Bild 5).
3. Stoßspannungen (Surge)
Diese energiereichen Überspannungen ergeben sich typischerweise aus einem indirekten Blitzeinschlag oder durch Schalthandlungen in den Energie-Schaltanlagen. Der Impuls verteilt sich über alle Netz- und Datenleitungen. Für die dort angebundenen Komponenten führt dies zu einer hohen Überspannung, die sie stören oder zerstören kann. Deshalb simuliert die Surge-Prüfung die Auswirkungen eines indirekten Blitzeinschlags oder von Schalthandlungen im elektrischen Versorgungsnetz. Häufig wird dazu der Impuls 1,2/50 mit einer Stirnzeit von 1,2µs und einer Halbwertzeit von 50µs verwendet. Die Amplitude kann bis zu 4kV betragen.
4. Magnetfelder mit energietechnischen Frequenzen
Magnetfelder resultieren aus Strömen in den Leitungen oder aus der Nutzung von Generatoren. Ihre Frequenz entspricht also der Netzfrequenz. Da die Ströme in Schaltanlagen bis in den Kiloampere-Bereich reichen können, sind die Magnetfelder und ihre Auswirkungen auf andere Geräte entsprechend hoch. Bei dieser Art von Störfeld handelt es sich um die am meisten anzutreffende Beeinflussung, die sich nur schwer abschirmen lässt.
Spannungsschwankungen und -einbrüche müssen ebenfalls berücksichtigt werden
Neben den beschriebenen elektrischen Phänomenen treten weitere Störungen wie Spannungsschwankungen, Kurzzeitunterbrechungen und Spannungseinbrüche auf, die sich auf die elektrischen und elektronischen Komponenten auswirken. Sie werden durch Fehlerzustände im Netz oder plötzliche Laständerungen herbeigeführt. In einigen Fällen folgen zwei oder mehrere Spannungseinbrüche oder Kurzzeitunterbrechungen aufeinander. Spannungsschwankungen haben ihre Ursache in der an das Netz angeschlossenen, sich ständig ändernden Last. Die IEC61850-3 definiert daher verschiedene Prüfungsarten für die Geräte, um die Effekte von sprunghaften Änderungen der Spannung nachzubilden. Zudem wird eine Prüfung im Hinblick auf eine allmähliche Änderung der Spannung beschrieben, die eine spezielle Umsetzung des in die Komponenten integrierten Netzteils verlangt.
Fazit
Die im besonders sensiblen Bereich der Energieversorgung eingesetzten Geräte müssen spezifische Eigenschaften erfüllen, damit der zuverlässige Betrieb der wichtigen Energie-Infrastruktur sichergestellt ist. Das gilt für die gesamte Netzwerk-Infrastruktur, vor allem aber für die Switches, Medienkonverter und Verkabelungstechnik, die von der Ansteuerung der Primärtechnik bis in die Leittechnik verbaut sind. Phoenix Contact stellt hier ein breites Spektrum an robusten Komponenten für die Automatisierung im Bereich von Energieanlagen zur Verfügung.
Das Produkt-Portfolio von Phoenix Contact beinhaltet nun auch robuste Komponenten für den Einsatz in der Energie-Automatisierung sowie in besonders rauen Industrieumgebungen und der Automatisierungs-Infrastruktur in Energie-Applikationen. Die Switches wurden gemäß den Anforderungen der IEC61850-3 und IEEE1613 entwickelt und getestet. Verfügbar sind sowohl kompakte Geräte zur Installation auf einer DIN-Tragschiene im Schaltschrank als auch Geräte im 19\“-Format für den Einbau in standardisierte 19\“-Racks, die häufig in diesen Anwendungen genutzt werden. Alle Switches zeichnen sich durch ein lüfterloses Design zur Verwendung in einem weiten Temperaturbereich von -40°C bis 70°C aus. Sämtliche Varianten umfassen Weitbereichs-Netzteile, womit den hohen Anforderungen an die Verfügbarkeit Rechnung getragen wird. Die 19\“-Geräte bieten zudem redundant ausgeführte Spannungsversorgungen, die sich selbst im laufenden Betrieb auswechseln lassen. Je nach Ausprägung sind die Komponenten mit Lichtwellenleiter-Schnittstellen als Multimode- oder Singlemode-Fasern ausgestattet, die eine Überbrückung von Distanzen von 2 bis 40km ermöglichen. Ein großes Spektrum an Kabeln und Steckverbindern rundet das umfangreiche Programm an Switches und Medienkonvertern für Energieanlagen der Nieder-, Mittel- und Hochspannungstechnik ab.
