Schalter Digitale Leistungsschalter sorgen für optimiertes Lifecycle-Management

Quelle: Daniel Jansen/Eaton

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Im produzierenden Gewerbe ist es entscheidend, die Ausfallzeiten von Maschinen und Anlagen möglichst gering zu halten. Das Thema Leistungsschalter haben dabei vermutlich die wenigsten direkt auf dem Schirm. Doch auch hier gibt es dank digitaler Lösungen Ansatzpunkte, um Ausfälle zu vermeiden, wissen die Experten von Eaton.

Die digitalen Leistungsschalter NZM von Eaton bieten integrierte Konnektivität und reduzierte Installationskosten in Kombination mit optimaler Sicherheitstechnologie.
Die digitalen Leistungsschalter NZM von Eaton bieten integrierte Konnektivität und reduzierte Installationskosten in Kombination mit optimaler Sicherheitstechnologie.
(Bild: Eaton)

Wer sich fragt, was ein Leistungsschalter grundsätzlich zum Lifecycle-Management beitragen kann, dem antworten die Experten der Eaton Industries GmbH folgendermaßen: Die Auslöseelektronik moderner digitaler Leistungsschalter erfasst viele Messwerte, die für das Lifecycle-Management genutzt werden können:

  • 1. um die Lebensdauer und Verfügbarkeit des Gerätes selbst zu bestimmen und
  • 2. um den Zustand der nachgelagerten Anlagenteile zu beurteilen.

Damit kann mit dem Austausch eines Bauteils solange gewartet werden, bis es tatsächlich seine Aufgabe nicht mehr zuverlässig erfüllt. Verschleiß lässt sich frühzeitig feststellen, Ersatzteile können so rechtzeitig beschafft, Wartungsarbeiten im Voraus geplant werden.

Digitale Leistungsschalter nach Kurzschluss austauschen oder nicht?

Bei klassischen Leistungsschaltern ist es in der Industrie oftmals Praxis, sie nach nur einem Kurzschluss auszutauschen, da man meist nicht sicher ist, wie groß der Abbrand der Kontakte ist. Ungeplante Produktionsstillstände sollen so vermieden werden.

Digitale Leistungsschalter wie der NZM von Eaton dagegen berechnen anhand exakter Messwerte die Auswirkungen, die jedes Ereignis – vom manuellen Abschalten bis zum Kurzschluss – auf die Schalterkontakte hat. Der Betreiber erhält so eine verlässliche Information über die tatsächliche Restlebensdauer. So kann es durchaus sein, dass auch nach drei Kurzschlüssen – die laut IEC-Norm jeder Leistungsschalter abschalten können muss – ein Austausch noch nicht erforderlich ist, weil die vom Gerät gemessene Energie deutlich unterhalb der zulässigen Werte liegt. Das senkt Eaton zufolge den Wartungsaufwand und die Gerätekosten.

Digitale Leistungsschalter ermöglichen Überlastvorwarnung

Zudem bieten digitale Leistungsschalter nicht nur eine Überlastanzeige, sondern auch eine Überlastvorwarnung. Diese ermöglicht eine Vorab-Information, wann ein Auslösen des Schalters bei einem anhaltenden Lastverhalten zu erwarten ist. Dazu nutzt der digitale Leistungsschalter ein „thermisches Gedächtnis“: Es bildet die Erwärmung der zu schützenden Betriebsmittel während des normalen Betriebes und während der Überlastphase nach. Dabei wird die Wärmebilanz permanent gespeichert, damit nach einer Auslösung eines Schalters oder nach einem Spannungsausfall der thermische Zustand des Betriebsmittels weiter bekannt ist. Das digitale Abbild dieses thermischen Gedächtnisses kann als Warnmeldung, in Form eines Balkendiagramms oder als Prozent-Darstellung angezeigt oder über die Kommunikationsschnittstelle ausgelesen werden. Daraus lässt sich ableiten, wann ein Auslösen des Schalters zu erwarten ist und es lassen sich rechtzeitig Gegenmaßnahmen einleiten, um die anliegenden Lasten zu reduzieren.

Digitalen Leistungsschalter lassen sich auch für die vorausschauende Wartung nutzen. Sie erfassen alle elektrischen Daten des von ihnen geschützten Stromkreises: Neben Strom und Spannung sind dies auch Leistung und Energie sowie der Cosinus ϕ und weitere Daten. Das Gesamtbild, das diese Werte von einer Anlage zeichnen, kann genutzt werden, um drohende Ausfälle zu erkennen.

Wie sich die Daten für die vorausschauende Wartung nutzen lassen

Schützt der Schalter einen Antriebsstrang, geben bereits einzelne Stromwerte Aufschlüsse über veränderte Parameter. Verändern sie sich dauerhaft, beispielsweise in Form eines kontinuierlich leicht ansteigenden Motorstroms, kündigt sich ein Verschleiß des Bauteils an. Liegen entsprechende Erfahrungswerte vor, kann entschieden werden, ob das verschlissene Bauteil sofort ausgetauscht werden muss, oder erst dann, wenn der Stromwert einen bestimmten Grenzwert überschritten hat.

Je mehr elektrische Werte der digitale Leistungsschalter erfasst und ins Verhältnis setzt, desto einfacher wird es sein, daraus Rückschlüsse auf die Anwendung zu ziehen.

Schützt der Leistungsschalter mehrere Verbraucher, kann im Prinzip genauso vorgegangen werden. Allerdings sollten dafür mehrere vom Leistungsschalter gemessene Werte herangezogen werden – je mehr elektrische Werte er erfasst und ins Verhältnis setzt, desto einfacher wird es sein, daraus Rückschlüsse auf die Anwendung zu ziehen. In einem ersten Schritt werden diese Daten im Normalbetrieb erfasst – sie bilden den elektrischen Fingerabdruck der Anlage. Anschließend werden diese Referenzdaten immer wieder – oder kontinuierlich – aufgenommen und mit dem ursprünglichen Fingerabdruck verglichen. Dieser Abgleich kann vor Ort in der „Edge“ erfolgen oder auch in der Cloud.

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Sobald Abweichungen erkannt werden, lassen sich daraus Erkenntnisse über eine „Alterung“ der Anlage ableiten. Ob und welche Maßnahmen aus der jeweiligen Anomalie abzuleiten sind, hängt stark von der Anwendung ab und sollte vom Anlagen-Hersteller und -Nutzer definiert werden. Am Ende dieses Prozesses steht dann üblicherweise ein Regelwerk für die Durchführung von Predictive Maintenance für einen Maschinen- bzw. Anlagentyp.

Whitepaper „Verbessertes Lifecycle-Management durch digitalen Stromkreisschutz“

Detaillierte Informationen wie sich Stromkreise vorausschauend schützen lassen, finden Sie im Whitepaper „Verbessertes Lifecycle-Management durch digitalen Stromkreisschutz“, das von B. Eng. Daniel Jansen erstellt wurde. Er ist Produktmanager bei der Eaton Industries GmbH. Auch dieser Artikel basiert auf seinen Fachkenntnissen.

Hier geht es zum Whitepaper

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