Die Frage taucht auf, noch bevor das Produkt geliefert wird. Jemand hat beschlossen, dass die Schaltanlage eine drahtlose Temperaturüberwachung benötigt. Das erste praktische Problem ist nicht, welches Gerät man kaufen soll. Es geht vielmehr darum, wie viele Sensoren bestellt werden müssen, wo sie angebracht werden sollen und wie das System reagieren soll, wenn einer von ihnen einen zu hohen Wert anzeigt. Wenn man bei diesen drei Punkten Fehler macht, liefert die Anlage Zahlen, auf die niemand reagiert.
Anmerkung zum Geltungsbereich: Dieser umfasst die kontinuierliche Temperaturüberwachung von Schraubverbindungen, Sammelschienenanschlüssen und Kabelendverschlüssen in Nieder- und Mittelspannungsschaltanlagen unter Verwendung fest installierter drahtloser Sensoren und eines lokalen Empfängers. Es geht hier nicht um Infrarot-Inspektionsfenster oder regelmäßige Wärmebildaufnahmen. Diese sind nach wie vor nützlich und dienen der Beantwortung einer etwas anderen Fragestellung. ACXION stellt die hier beschriebenen Empfänger ACX6600 und ACX6500 sowie die Sensoren WTC405 und GTC405 her; daher spiegelt dieser Text unsere Spezifikationen wider.
Warum sich Gelenke erwärmen
Eine Schraubverbindung leitet Strom über die Kontaktfläche zwischen zwei Leitern. Diese Fläche entspricht niemals der gesamten Oberfläche der Verbindung. Sie setzt sich aus einer Vielzahl kleiner Unebenheiten zusammen, und ihre effektive Größe hängt vom Anzugsmoment der Schrauben, vom Oberflächenzustand und vom Druck ab, der nach jahrelangen Temperaturwechselbeanspruchungen noch verbleibt.
Bei jedem Belastungszyklus wird die Verbindung erhitzt und kühlt anschließend wieder ab. Jeder Zyklus führt zu einer leichten Entspannung des Stapels. Auch Aluminium und Kupfer unterliegen einer Kriechbildung. Auf der Kontaktfläche bildet sich eine Oxidschicht, und das Oxid leitet den Strom schlechter als das darunterliegende Metall. Der Widerstand steigt, wodurch mehr Wärme entsteht, was denselben Prozess wiederum beschleunigt. Es handelt sich um einen langsamen Ausfall mit einer langen flachen Phase, gefolgt von einer kurzen steilen Phase. Genau diese Verlaufsform lässt sich bei regelmäßigen Inspektionen nur schwer erkennen.
Die Temperaturanstiegsgrenzwerte für Anschlüsse sind in der Norm IEC 62271-1 und in deren chinesischer Entsprechung GB/T 11022 festgelegt. Diese Grenzwerte stammen aus Typprüfungen unter definierten Bedingungen. Sie beschreiben nicht die Situation eines Schaltschranks in einem heißen Umspannwerk im August, weshalb ein direkt aus der Norm übernommener absoluter Alarmschwellenwert selten die richtige Lösung ist.
Die Punkte zählen
Beginnen Sie mit dem Schaltkreis, nicht mit der Anschlussdose. Jede Stelle, an der Strom durch eine mechanische Verbindung fließt, kommt in Frage. Die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls ist bei den einzelnen Stellen nicht gleich hoch.
Kabelanschlüsse sind die häufigste Fehlerquelle. Die Verbindung hängt davon ab, dass eine Kabelschuhe korrekt gecrimpt und anschließend ordnungsgemäß verschraubt wird – beides erfolgt von Hand. Ein dreiphasiger Kabelanschluss umfasst daher drei Punkte, wenn alle Phasen angeschlossen werden sollen. Aus dem im Folgenden dargelegten Grund lohnt es sich, alle Phasen anzuschließen.
Als Nächstes kommen die Sammelschienenverbindungen zwischen den Schaltzellen. Bei einer langen Anordnung gibt es davon mehr, als man vermuten würde. Dann folgen die festen und beweglichen Kontakte im Inneren der ausfahrbaren Einheit. Diese sind am schwersten zu erreichen und bei einer kritischen Zuleitung am wichtigsten zu überwachen. Schließlich die Kontakte des Trennschalters oder Erdungsschalters im selben Stromkreis.
Bei einem typischen Eingangsverteilerkasten mit Kabelanschlüssen unten und Sammelschienenanschlüssen oben sowie den Leistungsschalterkontakten liegt die tatsächliche Anzahl irgendwo zwischen sechs und zwölf Anschlüssen. Aus diesem Grund sind die Verteilerkästen in Ausführungen mit 3, 6, 9 und 12 Anschlüssen erhältlich und nicht in einer festen Größe. Bei den meisten von uns belieferten Installationen beläuft sich die Anzahl auf sechs oder neun Anschlüsse pro Reihe. Die 12-Anschluss-Ausführung ist in der Regel für Zuleitungs- und Sammelschienen-Kopplerschalttafeln reserviert, bei denen die Folgen am gravierendsten sind.
Der Grund, warum man alle drei Phasen statt nur einer benötigt, liegt darin, dass das aussagekräftige Signal oft differentiell ist. Ein Schalter, der bei 70 Grad auf allen drei Phasen in einem Raum mit 40 Grad läuft, ist belastet. Ein Schalter, der bei 70 Grad auf einer Phase läuft, während die anderen beiden bei 48 Grad stehen, ist defekt. Kein absoluter Schwellenwert, der streng genug festgelegt ist, um den zweiten Fall zu erfassen, wird im Sommer jemals einsetzbar sein.
Auswahl des Sensors
In dieser Produktreihe gibt es zwei Sensortypen. Der Unterschied liegt in der Art der Stromversorgung, und davon hängt ab, wo die jeweiligen Sensoren eingesetzt werden können.
Das WTC405 ist batteriebetrieben. Es sendet auf 2,4 GHz mit einer Reichweite von etwa 80 Metern bei freier Sicht und misst Temperaturen von 0 bis 110 Grad Celsius. Es kann bei einem kurzen Stromausfall an einer Verbindungsstelle befestigt werden, in manchen Fällen sogar ganz ohne Stromausfall. Da er über eine eigene Stromversorgung verfügt, funktioniert er überall. Dazu gehören auch Stromkreise, die die meiste Zeit wenig oder gar keinen Strom führen, sowie Verbindungsstellen, die sich nicht in der Nähe eines Leiters befinden, an den man eine Klemme anbringen könnte.
Der GTC405 ist passiv. Er bezieht seine Energie durch Induktion aus dem von ihm überwachten Leiter und benötigt daher einen Betriebsstrom von mindestens 5 A, um zu funktionieren. Wenn der Stromkreis stets einen höheren Strom führt, ist der passive Sensor die bessere Wahl. Es muss keine Batterie ausgetauscht werden und die Batterielebensdauer muss nicht berücksichtigt werden. Bei geringer Belastung oder intermittierendem Stromfluss des Stromkreises funktioniert er jedoch nicht. Die Spezifizierung dieses Sensors in solchen Fällen ist ein Fehler, den wir bereits bei mehr als einem Auftrag korrigieren mussten.
Beide Sensoren decken denselben Bereich von 0 bis 110 Grad ab. Der Empfänger selbst deckt einen Bereich von 0 bis 120 Grad ab, mit einer Genauigkeit von plus/minus 1 Grad Celsius.
Der Empfänger und was er mit den Daten macht
Das ACX6600 ist das Display zur Schalttafelmontage. Das ACX6500 ist die DIN-Schienen-Version mit denselben Optionen für 3, 6, 9 und 12 Messpunkte. Beide verfügen über zwei normalerweise offene Relaisausgänge für Alarme und einen RS485-Modbus-RTU-Anschluss. Die MTBF des Geräts beträgt mindestens 50.000 Stunden.
Zwei Relaisausgänge sind weniger, als es zunächst klingt. Das zwingt zu einer Entscheidung darüber, was die Alarme bedeuten. Wir empfehlen, einen Ausgang für eine Warnung und einen für eine Abschaltung oder einen Notruf zu nutzen. Die Warnung sollte auf einer Differenz zwischen den Phasen basieren und nicht auf einer absoluten Temperatur. Eine Warnung, die bei einem festen Wert ausgelöst wird, wird entweder ignoriert, weil sie jeden Sommer auftritt, oder so hoch eingestellt, dass sie zu spät anspricht.
Der Modbus-Anschluss sorgt dafür, dass die Daten auch außerhalb der Schaltanlage von Nutzen sind. Die Trendanalyse einer Verbindung über mehrere Monate hinweg zeigt den langsamen Anstieg, den absolute Schwellenwerte übersehen. Eine Verbindung, deren Temperatur jeden Monat um einige Grad ansteigt, ist besorgniserregender als eine, deren Wert stabil bleibt.
Sollte für den Schaltkasten zudem eine Schaltanlagen-Statusanzeige, eine Spannungsanzeige und eine lokale Steuerung erforderlich sein, deckt das Modell ACX6100 diese Anforderungen ab. Die E-Variante unterstützt bis zu zwölf drahtlose Temperaturmessstellen auf derselben Frontplatte. Dadurch lässt sich ein zweiter Ausschnitt in einer bereits überfüllten Tür vermeiden. Bei Neubauten – im Gegensatz zu Nachrüstungen – ist dies in der Regel die übersichtlichere Lösung.
Wo die Sensoren angebracht werden und was sie nicht sind
Ein Sensor misst die Temperatur des Objekts, mit dem er in Kontakt steht. Wird er an der Außenseite einer Sammelschienenverbindung befestigt, misst er einen Wert, der nahe an der Leitertemperatur liegt, diese jedoch nicht exakt wiedergibt. Die Abweichung hängt davon ab, wie gut er befestigt ist, sowie vom Luftstrom im Schaltschrank. Für Trendanalysen und Differenzvergleiche spielt dies keine Rolle. Bei der Auseinandersetzung mit einem Typprüfzeugnis ist dies jedoch von Bedeutung.
Bringen Sie den Sensor am Gehäuse der Verbindung an und nicht am Schraubenkopf. Halten Sie ihn von Heizungen oder Lüfterauslässen fern. Notieren Sie sich, welcher physischen Verbindung jeder Kanal zugeordnet ist. Gerade dieser letzte Schritt wird oft übersprungen, und das ist der Grund, warum ein Alarm letztendlich am falschen Schrank untersucht wird.
Die drahtlose Überwachung ist zudem kein Ersatz für das korrekte Anziehen der Verbindungen bei der Montage und repariert eine Verbindung auch nicht. Sie gibt Ihnen frühzeitig Bescheid, sodass Sie einen Stillstand planen können, anstatt ihn einfach hinnehmen zu müssen.
Was wir zur Spezifizierung eines Systems benötigen
Da wir der Hersteller sind, sollten wir klar und deutlich sagen, dass wir diese Geräte verkaufen. Um ein System auszulegen, benötigen wir die Schaltplanzeichnung, die Anzahl und Art der zu überwachenden Verbindungsstellen sowie den Laststrom jedes zu überwachenden Stromkreises. Außerdem müssen wir wissen, ob es sich bei der Schalttafel um eine Neuinstallation oder eine Nachrüstung handelt, ob der Empfänger an einer Tür oder an einer Schiene angebracht wird und wie die Alarme angezeigt werden sollen.
Die Systeme dieser Baureihe werden gemäß der Projektzeichnung konfiguriert und pro Konfiguration angeboten. Die technischen Daten zu Sensoren und Empfängern, die Befestigungsarten sowie die Kanaloptionen finden Sie im Katalog für Leistungsüberwachung und -schutz auf unserer Download-Center. Falls auch auf der Frontplatte eine Statusanzeige erforderlich ist, finden Sie unsere Hinweise dazu unter Anzeigetafeln für den Status von Schaltanlagen Diese Option abdecken. Die Klimaregulierung im Schrank ist ein separates Problem, das in unserem Artikel über Kondenswasserbildung in Schaltanlagen.
Grenzen
Drahtlose Sensoren verhalten sich in einem Metallschrank nicht so wie im Freien. Die Angabe einer Reichweite von 80 Metern bezieht sich aus gutem Grund auf eine freie Sichtverbindung. Bei einem stark unterteilten Schrank oder einem, in dem sich viel Stahl zwischen Sensor und Empfänger befindet, muss die Position der Antenne bereits vor der Installation und nicht erst danach bedacht werden. Wenn eine Vermessung für Versicherungszwecke oder für einen Versorgungsbetrieb erforderlich ist, gilt nach wie vor ein kalibriertes tragbares Messgerät über den gesamten Vermessungszeitraum hinweg als maßgebliches Messinstrument.
Die Angaben in diesem Artikel stammen aus dem aktuellen Katalog. Überprüfen Sie die Anzahl der Kanäle, den Sensortyp und das Empfängerformat anhand der Auftragsbestätigung. Verwenden Sie die mit dem Gerät gelieferte Zeichnung für die endgültigen Installationsdetails.