Ein Bogenblitz ist eines der zerstörerischsten industriellen Ereignisse, mit denen Sie konfrontiert sein könnten. Innerhalb eines Augenblicks kann Ihre Schaltanlage zerstört, nachgeschaltete Geräte schwer beschädigt, die Betriebsabläufe für Tage oder Wochen lahmgelegt und das Personal ernsthaft verletzt oder getötet werden.
In bestimmten Anlagen oder Anwendungen ist das potenzielle Risiko eines Bogenblitzes sehr gering; herkömmliche (nicht gegen Bogenblitze geschützte) Schaltanlagen können mit minimalen Risiken verwendet werden. In den meisten Anwendungen ist es jedoch weitaus sinnvoller, auf Geräte zu setzen, die Merkmale zur Minderung von Bogenblitzgefahren integriert haben – eine vorsichtige „Versicherung“ gegen die katastrophalen Folgen eines Bogenereignisses.
Das Zerstörungspotenzial ist enorm. Die während eines Bogenblitzes in einer 11kV-Schaltanlage freigesetzte Energie entspricht der Energie, die zum Starten von sechs Space Shuttles benötigt wird. Temperaturen können bis zu 20.000°C erreichen – fünfmal so heiß wie die Oberfläche der Sonne – und Metall verdampfen.
Bogenfehler sind selten, stellen aber den schwerwiegendsten Fehler dar, der in einem Schaltanlagensystem auftreten kann. Mögliche Ursachen sind vielfältig, einschließlich menschlichen Fehlern (am häufigsten), technischen/Ausrüstungsfehlern und Umweltfaktoren.
Es gibt mehrere Methoden, um das Risiko von Bogenblitzschäden und Verletzungen zu reduzieren. Drei der am häufigsten genutzten Methoden werden unten beschrieben.
Passiver interner Bogenblitzschutz
Bei passivem internen Bogenblitzschutz wird ein Bogenfehler nach seinem Auftreten durch herkömmliche Schutzrelais unterbrochen. Die durchschnittliche Zeit zwischen dem Auftreten des Bogens und dem Auslösen des Relais beträgt 100 bis 1.000 Millisekunden (ms) – buchstäblich im Wimpernschlag, der typischerweise bei 100 bis 400 ms gemessen wird.
Obwohl diese Dauer extrem kurz ist, wird das Bogenereignis fast sicher ausreichend Schaden anrichten, sodass Reparatur oder Austausch von Teilen an der Schaltanlage erforderlich sind. Produktionsprozesse, die von der Schaltanlage abhängig sind, können auch erheblich gestört werden.
Schaltanlagen mit passivem internen Bogenblitzschutz verfügen über ein Rohrsystem, das einen „Fluchtweg“ für hochdruckige, hochtemperaturige und möglicherweise giftige Gase bietet. Einige Schaltanlagen verfügen über ein Rohr, das in einen externen Bereich führt. Diese Lösung wird typischerweise in kleineren Schaltanlagenräumen verwendet. Wenn die Schaltanlage in einem größeren Raum oder fern von Außenwänden installiert ist, kann das Rohrsystem in den Raum ventilen, in dem die Schaltanlage installiert ist.
Beide Belüftungsstrategien reduzieren oder eliminieren das Ausstoßen von Bogenblitzgasen vor der Schaltanlage, was dazu beiträgt, potenzielle Verletzungen zu minimieren. Sie helfen auch, explosive Drücke abzubauen und innere Schäden an der Schaltanlage zu reduzieren.
Aktive interne Bogenunterbrechung
In Schaltanlagen, die mit aktiver internen Bogenunterbrechung ausgestattet sind, arbeitet der Schutzkreis unabhängig vom Schutzrelais. Die typische Bogenunterbrechungszeit beträgt etwa 60–80 ms, was die Summe der Zeit für die Erkennung des Bogens, das Initiieren des Leistungsschalters und die Vollendung des Unterbrechungsvorgangs ist.
Sensortechnologie sendet ein Signal an den stromaufwärtigen Leistungsschalter, um den Kreis zu unterbrechen und den Bogen sehr schnell zu erkennen. Zwei gängige Bogenerkennungsmethoden sind Stromsensorgeräte und/oder optische Lichtsensoren, die den Blitz „sehen“. Die Reaktionszeit ist schneller als bei passivem internen Bogenblitzschutz, aber immer noch nicht ausreichend, um potenziell erheblichen Schaden und Verletzungen zu verhindern.
Es ist bekannt, dass federbetriebene Leistungsschalter ihre Auslösezeit mit zunehmendem Alter verlängern, was zu längeren Bogenlöschtzeiten führt. Längere Auslösezeiten stehen in direktem Zusammenhang mit erhöhten Bogenblitzschäden. Dies ist bei magnetischen Leistungsschaltern kein Problem, da diese sich mit der Zeit nicht verlangsamen.
Aktive Bogeneliminierung
Die beiden oben genannten Methoden helfen, den potenziellen Schaden und die Verletzungen durch Bogenblitze zu reduzieren, aber es ist wichtig zu beachten, dass beide reaktiv sind – sie reagieren erst, nachdem ein Bogen aufgetreten ist. Die dritte Methode, die aktive Bogeneliminierung, ist so schnell konzipiert, dass sie den Bogen fast vollständig eliminieren kann.
Technisch reagiert sie, wie die vorherigen Methoden, erst, wenn ein Bogen auftritt, aber ihre Reaktion ist so schnell, dass der Schaden an der Schaltanlage in der Regel minimal und das Verletzungsrisiko für das Personal vernachlässigbar oder nicht vorhanden ist. Sie erreicht eine erheblich schnellere Reaktionszeit – normalerweise weniger als 1,5 ms und niemals länger als 4 ms. Anstatt den stromaufwärtigen Leistungsschalter auszulösen, nutzt sie einen Ultra-Schnellen Erdungsschalter (UFES), um bei einem Bogenfehler einen dreiphasigen geerdeten Kurzschluss zu initiieren.
Der UFES, kombiniert mit schneller und zuverlässiger Störungserkennung durch verschiedene Sensormethoden, hilft sicherzustellen, dass ein Bogenfehler fast sofort nach seinem Auftreten gelöscht wird. Dies führt zu einer dramatischen Reduktion von Hitze und Druck. Das Zurücksetzen der Schaltanlage erfordert in der Regel nur das Reinigen des Inneren und den Austausch der primären Schaltelemente – all dies kann in der Regel innerhalb weniger Stunden abgeschlossen werden.
Zusammenfassung
Wenn in Ihrem Haus ein Feuer ausbricht, ist es beruhigend, ein Erkennungs- und Alarmsystem zu haben, das sofort die Feuerwehr benachrichtigt, die dann innerhalb weniger Minuten eintreffen kann. Noch beruhigender wäre jedoch ein System, das verhindert, dass das Feuer überhaupt entsteht. Dies ist analog dazu, wie sich die aktive Bogeneliminierung von anderen Bogenfehlermanagementmethoden unterscheidet.
Die aktive Bogeneliminierung ist wahrscheinlich die effektivste Methode zur Reduzierung von Bogenblitzgefahren, obwohl sie mit etwas höheren Kosten verbunden ist als andere Schutzmethoden. Für Schaltanlagen, die keine Bogenblitzschutzauslegung aufweisen, stellt die aktive Bogeneliminierung eine relativ kleine Investition im Vergleich zum Wert der geschützten Schaltanlage dar. Bei der Kostennutzenanalyse sollten auch zusätzliche Kosten berücksichtigt werden, die durch Produktions- oder Prozessunterbrechungen nach einem Bogenereignis entstehen.
Um Ihr Personal und Ihre Schaltanlagen bestmöglich zu schützen und das Risiko von Betriebsstörungen zu minimieren, ist die aktive Bogeneliminierung über einen ultra-schnellen Erdungsschalter die richtige Wahl für Ihre Schaltanlage.
