Überwachungsrelais Die Temperaturimmer im Blick

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Eine kontinuierliche Temperaturüberwachung mit den neuen Überwachungsrelais vom Typ ABB CM-TCN hilft dabei, kritische Anlagen vor teuren Ausfällen zu schützen. Folgende Features bringt das neue Relais mit.

Temperaturmessungen sind für nahezu alle Industrien relevant. Sie helfen dabei, den Funktionszustand von Betriebsmitteln zu verstehen und vorherzusagen. Mit dem Temperaturüberwachungs­relais CM-TCN von ABB ist es möglich, die Vorteile der Temperaturüberwachung auf einen größeren Kreis von Systemen und Anlagen auszudehnen. Das CM-TCN verfügt über bis zu drei Fühlerkreise zum Anschluss gängiger Temperaturfühler, um eine bequeme lokale Temperaturmessung zu ermöglichen. Über die Relaisausgänge können bei Erreichen bestimmter Temperatur-Schwellwerte verschiedene Aktionen ausgeführt werden. Das Einstellen des Relais ist per Smartphone oder über die integrierte LCD-Anzeige möglich. Außerdem kann das CM-TCN mit dem ABB Ability-Energy-and-Asset- Manager-Cloud-Service verbunden werden, wodurch die Möglichkeit einer transparenten Überwachung des Verhaltens von Betriebsmitteln und des elektrischen Systems aus der Ferne besteht.

Relais-Design: leicht ablesbare LCD-Anzeige

Eine leichte Ablesbarkeit und eine einfache Einrichtung gehörten zu den Hauptanforderungen beim Design der Relais. Eine beleuchtete LCD-Anzeige an der Vorderseite des Geräts zeigt die aktuellen Messwerte und Wartungsdaten an. Durch Betätigen des drehbaren Drucktasters unterhalb der Anzeige mit einem Schraubendreher kann der Benutzer sehr einfach durch das Konfigurationsmenü navigieren. Die symbolgestützte Bedienoberfläche erfordert keine Übersetzung, steigert die Effizienz beim Kundendienst und vereinfacht das Einstellen von Schwellwerten und Parametern. Ein passwortgeschützter Zugang und eine optionale Parametersperre sorgen zudem für erhöhte Sicherheit.

Über das Menü sind auch eine Ereignishistorie, ein Betriebsstundenzähler, Gerätestatistiken und weitere Servicedaten abrufbar. Werkseitig vordefinierte Profile (Einstellungen) verkürzen die Installationszeiten für häufig genutzte Anwendungen wie die Temperaturüberwachung von Transformatoren, Lagern oder Wicklungen von Elektromotoren. Alle Parameter können zudem individuell angepasst und in einem von vier benutzerdefinierten Profilen gespeichert werden. Ein Highlight ist die integrierte Simulationsfunktion: Sie ermöglicht die Überprüfung der Relaiseinstellung vor der endgültigen Aktivierung.

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Relais per App parametrieren

ABB EPIC (Electrification Products Intuitive Configurator) ist eine kostenlose Smartphone-App zur Konfiguration, Installation und Inbetriebnahme von ABB-Niederspannungsprodukten wie dem CM-TCN. Die App kommuniziert per Nahfeldkommunikation (NFC) mit dem Relais. NFC ist ein internationaler Übertragungsstandard für kontaktlosen Datenaustausch, der auf der RFID-Technologie (Radio Frequency Identification) basiert. Die NFC-Technologie ist bereits in den meisten elektronischen Geräten wie Tablets und Smartphones integriert und wird z. B. beim kontaktlosen Bezahlen genutzt. Durch einfaches Berühren des CM-TCN mit dem Smartphone führt die ABB-EPIC-App die Parametrierung aus und kann Einstellungen per NFC von einem Gerät zum anderen kopieren, sogar wenn die Geräte ausgeschaltet sind. Durch die Möglichkeit der Einrichtung des CM-TCN auch in spannungslosem Zustand, wird die Installationszeit verkürzt – in einigen Fällen um bis zu 80 Prozent. Dies ist besonders für Erstausrüster (OEMs) und Schaltanlagenbauer von Bedeutung. In der App werden der aktuelle Relaiszustand und die Messwerte angezeigt. Parameter können gespeichert werden und auch Servicedaten und die Ereignishistorie sind abrufbar.

Temperaturmessung mit bis zu drei Fühlerkreisen

Die Relais vom Typ CM-TCN ermöglichen eine Temperaturmessung mit bis zu drei Fühlerkreisen, wobei die gängigsten Fühlertypen (PTC-Thermistoren, PT100, PT1000 und NTC sowie Bimetall-Schalter) verwendet werden können. Der große Temperaturmessbereich von –200 °C bis 850 °C deckt alle denkbaren Anwendungen ab. Ferner ist das Relais für Umgebungstemperaturen von –25 °C bis 60 °C ausgelegt.

Die Schwellwerteinstellungen des Relais sind flexibel anpassbar und ermöglichen die Konfiguration von Voralarmen und Alarmen gemäß den Anforderungen der jeweiligen Anwendung. Zum Beispiel kann der erste Relaiskreis als Voralarm, der zweite als Alarm und der dritte als Fühlerfehleralarm konfiguriert werden. Insgesamt stehen neun Signale für verschiedene Kombinationen von Auslöseereignissen zur Verfügung.

Die Relais von Typ CM-TCN bieten werkseitig vorkonfigurierte Profile für folgende Anwendungen:

• Motorwicklungsschutz mit Temperaturfühlern vom Typ PT100

• Motorlagerüberwachung mit PT100-Fühlern

• Motorwicklungsschutz mit PTC-Thermistoren

• Transformatorüberwachung mit PT100-Fühlern

• Transformatorüberwachung mit PTC-Thermistoren

• Individuelle Temperaturüberwachung mit PT100-Fühlern

Die Transformatorüberwachung mit PT100-Fühlern weist drei Eskalationsstufen auf. Dabei ist der Schwellwert 1 auf 130 °C eingestellt und löst bei Erreichen Relais 1 aus, das die Lüftung zur Kühlung des Transformators einschaltet. Zudem ist Relais 1 eine zyklische Schaltfunktion zugeordnet, die den Lüfter einmal pro Woche für 15 min einschaltet, um ein Festsetzen zu verhindern.

Schwellwert 2 ist eine Vorwarnung bei 140 °C und löst Relais 2 aus. Neben dem Schwellwert sind auch die Fehlersignale des Fühlers dem Relais 2 zugeordnet, d. h. ein Leitungsbruch oder Kurzschluss in den Fühlerkreisen führt ebenfalls zur Auslösung von Relais 2. Der Schwellwert 3 entspricht einer kritischen Temperatur von 155 °C, bei der der Transformator durch das Relais 3 abgeschaltet wird. Relais 1 und 3 fungieren als Schließer (Arbeitsstromprinzip), Relais 2 als Öffner (Ruhestromprinzip). Sinken die Temperaturen unter den Schwellwert, werden alle Relais unter Berücksichtigung der Hysterese automatisch zurückgesetzt.

Die werkseitigen Profileinstellungen können jederzeit an die Anforderungen der jeweiligen Anwendung angepasst werden. So können z. B. die Temperaturen für die Schwellwerte geändert, aber die in den werkseitigen Profilen definierten Fühlertypen und die Relaisbelegung beibehalten werden.

Folgende Einstellungen sind bei den Relais von Typ CM-TCN frei konfigurierbar:

• Fühlereinstellungen – Definition des Fühlertyps für jeden Messkanal (PT100, PT1000, PTC, NTC, Bimetall oder nicht belegt)

• Signalkonfiguration – Definition von Schwellwerten, Ein-/Ausschaltverzögerungen und Hysterese

• Relaisbelegung – Zuordnung von Signalen (Schwellwerten), Fühlerfehlersignalen und eines Busfehlersignals zu den drei verfügbaren Relais

Durch eine Temperaturüberwachung lassen sich frühzeitig unzulässige Temperaturanstiege erkennen und Wartungsbedarfe aufzeigen. Der fortlaufende Betrieb von Anlagen kann hierdurch sichergestellt und die Lebensdauer von Betriebsmitteln verlängert werden. Über eine Modbus-Verbindung und den ABB Ability Energy and Asset Manager kann die Zustandsüberwachung auch aus der Ferne erfolgen. Ein solches Fernmanagement erhöht die Sicherheit, da Personal die Anlage nicht mehr aufsuchen muss, um Messwerte abzulesen.

Dank der flexiblen Konfigurationsmöglichkeiten kann das Relais neben der Erkennung unzulässiger Temperaturanstiege, die die Lebensdauer der Lager und Wicklungen von Elektromotoren verkürzen, auch zur Temperaturüberwachung von Sammelschienen und Kabeln eingesetzt werden. So können z. B. frühzeitig Probleme durch nicht festsitzende Verbindungen erkannt und schnell behoben werden.

Eingebaute Konnektivität

Zur Datenübertragung bietet das Temperaturüberwachungsrelais CM-TCN eine RS-485-Schnittstelle mit Modbus RTU-Kommunikationsprotokoll. Die RS-485-Schnittstelle ist im Gerät integriert und erfordert keine zusätzliche Installation. Über die Schnittstelle können folgende Aktionen aus der Ferne durchgeführt werden:

• Auslesen der Temperaturmesswerte, des Temperaturfühlerzustands und des Schaltzustands der Ausgangsrelais

• Abrufen von Überwachungsdaten wie Ereignishistorie, Betriebsstundenzähler, Wartungszähler und Statistiken

• Konfigurieren des Überwachungsrelais

• Zurücksetzen verschiedener Überwachungsdaten wie Auslösezähler, Ereignishistorie usw.

• Auslesen von Systeminformationen (Gerätetyp, Seriennummer und Firmware-Version)

• Fernsteuern der Ausgangsrelais

Außerdem können verschiedene Reaktionen der Ausgangsrelais bei einem Fehler auf dem Kommunikationsbus festgelegt werden.

Cloud-Integration mit ABB Ability

Die ABB-Ability-Energy-and-Asset-Manager-Cloud-Lösung ermöglicht eine transparente Überwachung des Verhaltens des elektrischen Systems aus der Ferne. Mithilfe der dabei gewonnenen Einblicke können Anlagenbetreiber Kosten und Risiken minimieren und gleichzeitig die Leistungsfähigkeit und Sicherheit ihrer Anlagen maximieren. Die Kommunikation zwischen einem Gateway, z. B. dem ABB Ability Edge Industrial Gateway, und dem Relais erfolgt über die integrierte Modbus RS-485-Schnittstelle. Das Edge-Gateway selbst nutzt ein auf dem Know-how von ABB und Microsoft basierendes Cybersicherheitsprotokoll für den Datenaustausch mit der ABB-Cloud-Plattform.

Die Abbildung zeigt ein Beispiel für eine Kommunikationsarchitektur, die verschiedene Geräte aus dem lokalen Netzwerk in das ABB-Ability-Energy-and-Asset-Manager-Cloud-System integriert. Die vom CM-TCN in die Cloud übertragenen Daten werden in einem benutzerfreundlichen Widget dargestellt, das eine Temperaturüberwachung verschiedener Betriebsmittel erlaubt. So können Trendverläufe der Temperaturwerte beobachtet und wertvolle Einblicke in das Temperaturverhalten gewonnen werden. Mit der Einrichtung von SMS- oder E-Mail-Benachrichtigungen werden ausgewählte Personen prompt über das Auslösen eines Relais oder Auftreten eines Fühlerfehlers informiert. Ebenfalls möglich ist das Erstellen eines regelmäßigen Berichts mit Temperaturwerten.

Literaturhinweise

[1] ABB: „Smart Metering and Monitoring“. ABB-Webseite. Verfügbar unter: https://new.abb.com/low-voltage/launches/smart-metering-and-monitoring (abgerufen am 16.02.2022).

[2] N. Kampelis, D. Kolokotsamar (Hrsg.): „Smart Zero-energy Buildings and Communities for Smart Grids“. New Jersey: John Wiley & Sons, 2022.

[3] ABB: „Food & Beverage“. ABB-Webseite. Verfügbar unter: https://new.abb.com/about/our-businesses/electrification/electrification-food-beverage (abgerufen am 16.02.2022).

* Brigitte Dien und Anatoly Kosyakin arbeiten beide für die ABB STOTZ-KONTAKT GmbH in Heidelberg, Deutschland.

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