Überspannungsschutz als Basis für Anlagenverfügbarkeit und Wirtschaftlichkeit

Der Explosionsschutz folgt einem klaren Stufenkonzept. Kann die Bildung explosionsfähiger Atmosphäre nicht sicher  verhindert werden, müssen wirksame Zündquellen zuverlässig vermieden werden. Gleichzeitig verlangt der wirtschaftliche Betrieb moderner Anlagen nach maximaler Verfügbarkeit.

Überspannungsschutzgeräte begrenzen Spannungsspitzen schnell und wirksam. Im Normalbetrieb verhalten sie sich hochohmig und beeinflussen weder Mess- noch Kommunikationssignale. Erst im Ereignisfall ermöglichen sie einen kontrollierten Potentialausgleich. Damit sichern sie:

• die kontinuierliche Verfügbarkeit von Prozess- und Diagnosedaten,
• den Schutz sensibler Elektronik und
• die langfristige Stabilität der Ethernet-APL-Kommunikation.

Überspannungsschutz ist somit nicht nur eine Schutzmaßnahme, sondern ein wirtschaftlicher Faktor, der ungeplante Stillstände, Folgekosten und Informationsverluste vermeidet.

Schutzzonen denken: Schutz entlang der gesamten Kommunikationskette

Ein normgerechtes Ethernet-APL-Schutzkonzept folgt dem bewährten Blitzschutzzonenprinzip. Die gesamte Kommunikationsstrecke wird von der Leitebene über die Field Switches bis hin zum einzelnen Feldgerät betrachtet (Bild 3).

Field Switches bilden zentrale Knotenpunkte und benötigen daher besonderen Schutz, da hier mehrere Stichleitungen zusammenlaufen und Überspannungen sowohl das Netzwerk als auch nachgelagerte Geräte gefährden können.

Feldgeräte stellen die letzte Schutzlinie dar, da Überspannungen über die Stichleitungen bis unmittelbar an die Geräteschnittstelle gelangen können.

Nur ein koordiniertes Schutzkonzept auf beiden Ebenen stellt sicher, dass Überspannungen kontrolliert abgebaut werden, bevor sie sicherheits- oder kommunikationskritische Komponenten erreichen.

Praxisgerechte Umsetzung mit Ethernet-APL-kompatiblen Schutzgeräten

Für die Umsetzung dieses Schutzkonzepts müssen speziell für Ethernet-APL entwickelte Überspannungsschutzgeräte verwendet werden.

Zum Schutz der Ethernet-APL-Spur-Ports von Field Switches werden modulare Überspannungsschutzgeräte für signaltechnische Schnittstellen benötigt. Diese müssen speziell auf die Anforderungen von Ethernet-APL-Portprofilen abgestimmt sein, die einschlägigen Normen wie IEC 61643- 21 erfüllen und für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen gemäß 2-WISE geeignet sein (Bild 4).

Zentrale Anforderungen und Vorteile für den Betreiber:

• hohe Anlagenverfügbarkeit durch robusten Schutz der zentralen Netzwerkschnittstellen,
• hohes Ableitvermögen zur sicheren Beherrschung von Blitz- und Überspannungsereignissen,
• niedriges Schutzpegelniveau zum Schutz empfindlicher APL-Elektronik,
• platzsparende Bauweise für die Integration in Schaltschränken und Feldverteilern sowie
• Statusanzeige und optionale Fernsignalisierung für Diagnose und Wartung.

Schutz direkt am Feldgerät

Zum direkten Schutz von Feldgeräten werden kompakte, einschraubbare Überspannungsableiter benötigt, die unmittelbar an der Geräteschnittstelle installiert werden. Durch die kurze Anschlusslänge kann eine hohe Schutzwirkung erreicht werden. Die Geräte müssen dabei für eigensichere Ethernet-APL-Stromkreise nach 2-WISE ausgelegt sein (Bild 5).

Zentrale Anforderungen und Vorteile für den Betreiber:

• Direkter Schutz der Feldgeräte als Daten- und Informationsquelle,
• Minimierung von Geräteausfällen und Signalunterbrechungen,
• Erhalt der Ethernet-APL-Übertragungsqualität,
• Eignung für eigensichere und druckfest gekapselte Anwendungen sowie
• Nachrüstbarkeit und Integration in bestehende Anlagen.

Ergänzender Schutz der übergeordneten Netzwerkschnittstellen

Ergänzend zum Schutz der APL-Feldkommunikation kann auch die übergeordnete Ethernet- oder Profinet-Zuleitung abgesichert werden, beispielsweise zwischen Leitsystem und Field Switch.

Hierfür kann ein Überspannungsschutzgerät zum Einsatz kommen, das für Ethernet-basierte Kommunikationsnetze ausgelegt ist, über eine Ex-Zulassung verfügt und sich zum Schutz von Profinet- und Industrial-Ethernet-Schnittstellen eignet. Dadurch ließe sich das Schutzkonzept konsequent über alle Ebenen der Kommunikationsinfrastruktur hinweg umsetzen.

Fazit

Ethernet-APL eröffnet der Prozessindustrie neue Möglichkeiten in Bezug auf Transparenz, Diagnose und wirtschaftlichen Anlagenbetrieb. Die Voraussetzung dafür ist eine dauerhaft stabile, sichere und verfügbare Kommunikationsinfrastruktur.

Blitz- und Überspannungsschutz ist im explosionsgefährdeten Bereich keine optionale Maßnahme. Er ist Bestandteil des Explosionsschutzes, Mittel der Zündquellenvermeidung im Sinne der TRGS 723 und funktionaler Teil des Blitzschutz-Potentialausgleichs nach DIN EN IEC 62305. Gleichzeitig bildet er die Grundlage dafür, dass Betreiber jederzeit über den Zustand ihrer Anlage informiert sind und fundierte Entscheidungen treffen können.

Ein koordiniertes Schutzkonzept mit Überspannungsschutz an den Field-Switch-Ports, direkt am Feldgerät und an übergeordneten Ethernet-Schnittstellen, umgesetzt mit Ethernet-APL-portprofilkonformen Lösungen, schafft die Basis für einen sicheren, normkonformen und wirtschaftlichen Betrieb moderner Ethernet-APL-Netzwerke.

Literatur

1. DIN CLC IEC/TS 60079-47 (VDE V 0170-47):2023-03 Explosionsgefährdete Bereiche – Teil 47: Geräteschutz durch eigensicheres 2-Draht-Ethernet-Konzept (2-WISE). Berlin ⋅ Offenbach: VDE VERLAG
2. Technische Regeln für Gefahrstoffe (TRGS) 723: Gefährliche explosionsfähige Gemische – Vermeidung der Entzündung gefährlicher explosionsfähiger Gemische, Ausgabe Juli 2019. Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA), Dortmund
3. DIN EN IEC 62305 (VDE 0185-305) Blitzschutz. Berlin ⋅ Offenbach: VDE VERLAG
4. IEC 61643-21:2025 Low voltage surge protective devices – Part 21: Surge protective devices connected to telecommunications and signalling networks – Requirements and test methods. Genf/Schweiz: Bureau Central de la Commission Electrotechnique Internationale
5. Dehn SE, Neumarkt: www.dehn.de