- Die Überwachung mehrerer Schaltschränke beginnt mit den Verbindungen und Komponenten, die tatsächlich eine kontinuierliche Temperaturmessung benötigen. Jedem Schrank dieselbe Sensorzahl zuzuweisen, ist kein geeigneter Ausgangspunkt.
- Drahtlose Temperatursensoren, Thermografie, PT100-/RTD-Sensoren und faseroptische Temperatursensoren sind mögliche Verfahren, lösen jedoch unterschiedliche Messaufgaben.
- Thermografie hilft, unbekannte Heißstellen zu finden; fest installierte Kontaktsensoren eignen sich besser zur kontinuierlichen Überwachung bekannter Stellen.
- PT100-Sensoren sind für viele konventionelle Installationen praktisch. Metallische Leitungen werden jedoch aufwendiger, wenn sich Messpunkte auf Hochspannungsbereiche oder Bereiche mit starken elektromagnetischen Feldern verteilen.
- Faseroptische Fluoreszenzsensoren ermöglichen punktuelle Temperaturmessung über einen optischen Pfad. Sie sind besonders hilfreich, wenn elektrische Isolation oder Beständigkeit gegen elektromagnetische Störungen wichtig ist.
- Bei mehreren Schränken ist die Sensorauswahl nur ein Teil der Planung. Kanalzahl, schrankübergreifende Leitungsführung, Gerätestandort und SPS- oder SCADA-Anbindung bestimmen ebenfalls die Praxistauglichkeit des Systems.
Mit den Temperaturpunkten beginnen, nicht mit dem Sensortyp
Eine Schrankreihe kann Dutzende möglicher Temperaturmessstellen enthalten. Jede zugängliche Oberfläche zu überwachen, liefert jedoch selten nützliche Informationen. Besser ist es, zunächst jene Verbindungen und Komponenten zu bestimmen, deren Temperatur auf ein entstehendes elektrisches oder mechanisches Problem hinweisen kann.
Typische feste Überwachungspunkte sind Sammelschienenstöße, Schraubverbindungen, Kabelendverschlüsse, Leistungsschalteranschlüsse, Schaltkontakte und andere stromführende Übergänge, an denen lokale Widerstände zusätzliche Erwärmung verursachen können. Manche Schränke benötigen nur zwei oder drei überwachte Stellen. Bei anderen sind wegen Stromniveau, Anschlussanordnung oder Betriebshistorie mehr Punkte sinnvoll.
Sechs Schränke mit jeweils drei ausgewählten Verbindungspunkten ergeben beispielsweise 18 mögliche Überwachungspunkte. Das bedeutet nicht, dass jede Anlage mit sechs Schränken 18 Sensoren benötigt. Die Anzahl folgt allein aus den tatsächlichen Stellen, die der Ingenieur kontinuierlich beobachten möchte.
Sind diese Stellen bekannt, lässt sich gezielter fragen: Welches Messverfahren passt zum jeweiligen Punkt und seiner elektrischen Umgebung?
Drahtlose Überwachung, Thermografie, PT100 und Faseroptik lösen unterschiedliche Aufgaben
Kein Temperaturmessverfahren ist automatisch für jeden Schrank die beste Wahl. Eine handgeführte Wärmebildkamera kann für regelmäßige Inspektionen hervorragend geeignet sein, während ein PT100 an einem festen Niederspannungsmesspunkt völlig ausreicht. Drahtlose Sensoren können die konventionelle Signalverdrahtung vieler Verbindungen reduzieren. Faseroptische Temperatursensoren werden besonders interessant, wenn der Messpunkt auf erhöhtem elektrischem Potenzial liegt oder starken elektromagnetischen Feldern ausgesetzt ist.
| Verfahren | Messart | Kontinuierliche Überwachung | Elektrische Verbindung am Messpunkt | Typische Stärke | Wichtigster Planungsaspekt |
|---|---|---|---|---|---|
| Drahtloser Temperatursensor | Berührend | Ja, systemabhängig | Abhängig vom Sensoraufbau | Reduziert konventionelle Signalverdrahtung zwischen vielen festen Punkten und dem Überwachungssystem | Energieversorgung, Funkkommunikation, Gateway-Abdeckung und Schrankabschirmung |
| Thermografie | Berührungslos | Periodisch oder mit fest installierten Kameras kontinuierlich | Keine an der gemessenen Oberfläche | Erfasst große Bereiche und kann beim Auffinden unbekannter Heißstellen helfen | Sichtverbindung, Emissionsgrad, Reflexionen und interne Sichtbehinderungen |
| PT100 / RTD | Berührend | Ja | Metallische Leitungen führen bis zum Messpunkt | Bewährt, genau und von industriellen Steuerungssystemen breit unterstützt | Leitungsführung, elektrische Isolation und Verdrahtungsaufwand bei vielen Punkten |
| Faseroptische Fluoreszenzsensorik | Berührende Punktmessung | Ja | Optischer Pfad zwischen Messpunkt und Messgerät | Hilfreich bei hohem Potenzial und starken elektromagnetischen Störungen | Sondenposition, Faserführung und verfügbare Kanalzahl |
Ein klares Messziel erleichtert die Auswahl. Soll bei einer Inspektion eine unbekannte heiße Verbindung gefunden werden, ist eine Wärmebildkamera möglicherweise effizienter als die flächendeckende Installation von Punktsensoren. Ist die Heißstelle bereits bekannt und soll kontinuierlich beobachtet werden, wird ein fester Sensor hilfreicher. Elektrisches Potenzial, elektromagnetische Störungen und Verdrahtungsaufwand entscheiden dann, ob PT100, Funk- oder Faseroptiksensorik besser passt.
Drahtlose Überwachung reduziert Verdrahtung, doch der Schrank beeinflusst weiterhin das System
Drahtlose Temperaturüberwachung wird häufig erwogen, wenn sich viele feste Messpunkte auf mehrere Schränke verteilen. Statt von jedem Sensor ein konventionelles Signaladernpaar zu einem zentralen Erfassungsschrank zu führen, können Temperaturdaten an ein Gateway oder einen Empfänger übertragen werden.
Das kann manche Nachrüstungen vereinfachen, doch „drahtlos“ bezeichnet keine einheitliche Technologie. Manche Sensoren verwenden Batterien, andere passive Verfahren oder Energy Harvesting; auch die Kommunikation unterscheidet sich. Metallische Schrankstrukturen, interne Trennwände und Schrankabstände können die Funkübertragung beeinflussen. Gateway-Position und Kommunikationszuverlässigkeit müssen deshalb gemeinsam mit den Sensorpositionen betrachtet werden.
Drahtlose Systeme sind somit besonders hilfreich, wenn die Reduzierung konventioneller Signalverdrahtung das zentrale Planungsproblem ist. Faseroptische Sensorik löst eine andere Aufgabe. Ihr wesentlicher Nutzen liegt nicht lediglich darin, ein Kupfersignalkabel zwischen Schränken zu vermeiden. Sie verbindet den Temperaturpunkt über einen optischen Pfad mit dem Messgerät, wenn elektrische Isolation oder elektromagnetische Störungen maßgeblich sind.
Thermografie eignet sich besser zum Finden von Heißstellen als zur dauernden Beobachtung eines einzelnen Punkts
Thermografie ist bei Inspektionen besonders wirksam, weil eine Kamera in kurzer Zeit viele Komponenten betrachten kann. Ingenieure können Phasen, Verbindungen und benachbarte Komponenten vergleichen, ohne zuvor die genaue Position jedes Temperatursensors festlegen zu müssen.
Infrarotinspektionen sind deshalb hilfreich, um bislang unbekannte ungewöhnliche Erwärmung zu finden. Sobald eine verdächtige Verbindung identifiziert wurde, sind regelmäßige Inspektion und kontinuierliche Festpunktüberwachung jedoch unterschiedliche Aufgaben.
Eine handgeführte Kamera erfasst den Schrank nur während der Inspektion. Geschlossene Türen, interne Barrieren und fehlende Sichtverbindung können die direkte Beobachtung innerer Verbindungen verhindern. Bei der Interpretation von Infrarotmesswerten sind Oberflächenemissionsgrad, Reflexionen und Betrachtungswinkel zu berücksichtigen.
Fest installierte Wärmebildkameras ermöglichen eine kontinuierliche Überwachung, benötigen aber ebenfalls ein geeignetes Sichtfeld. Bei inneren Verbindungen hinter Leitern oder Strukturteilen kann ein direkt an der ausgewählten Stelle installierter Kontaktsensor die praktischere Langzeitmessung bieten.
In vielen Anlagen ergänzen sich beide Ansätze: Thermografie hilft, verdächtige Bereiche zu lokalisieren; feste Sensoren überwachen ausgewählte Verbindungen kontinuierlich.
PT100 bleibt praktisch, wenn elektrische Isolation nicht das Hauptproblem ist
PT100 und andere Widerstandsthermometer sind aus guten Gründen verbreitet. Sie sind bewährt, stabil und weithin bekannt und lassen sich an viele SPS, Transmitter und Datenerfassungssysteme anschließen. In Niederspannungsschränken oder an Stellen, an denen metallische Sensorleitungen kein elektrisches oder elektromagnetisches Problem verursachen, kann PT100 eine sinnvolle Lösung sein.
Mit zunehmender Zahl von Schränken und Messpunkten wird der Aufwand deutlicher. Achtzehn feste Punkte können beispielsweise achtzehn Messelemente samt zugehörigen Leitungswegen, Klemmen und Eingangskanälen bedeuten. Die Verdrahtung muss durch Schrankkanäle, Türen oder Trennwände verlaufen und dabei eindeutig zuordenbar und wartbar bleiben.
Bei hohem Potenzial oder starken elektromagnetischen Feldern werden Sensorleitungen außerdem Teil der elektrischen Anordnung und nicht nur der Temperaturmessung. Hier ist der Vergleich faseroptischer Temperatursensor versus PT100 aussagekräftiger als ein reiner Vergleich der Genauigkeitswerte.
Faseroptische Punktmessung für hohe Potenziale und starke elektromagnetische Störungen
INNO nutzt eine fluoreszenzbasierte punktuelle Temperaturmessung. Ein kleines Sensorelement an der Sondenspitze reagiert auf die Temperatur; eine optische Faser überträgt das Messsignal zwischen Sonde und Messgerät. Das Verfahren ermöglicht faseroptische Temperaturmessung, ohne einen konventionellen elektrischen Messleiter zwischen Messpunkt und Erfassungsgerät einzusetzen.
Das ist besonders an Sammelschienenstößen, Hochstromverbindungen und anderen festen Stellen hilfreich, an denen elektrisches Potenzial oder elektromagnetische Störungen die konventionelle Verdrahtung erschweren. INNO-Fluoreszenzsonden weisen zudem eine hohe Beständigkeit gegen elektromagnetische Störungen auf, was in elektrisch störbehafteten Messumgebungen wertvoll ist.
Die Technologie misst punktuell und nicht verteilt entlang der Faser. Eine Sonde misst einen definierten physischen Ort. Müssen zwölf Schrankverbindungen kontinuierlich gemessen werden, sind zwölf Sonden und zwölf aktive Messkanäle erforderlich.
Eine faseroptische Temperatursonde für Sammelschienen-Schraubverbindungen kann beispielsweise an einer ausgewählten Verbindung installiert werden, wenn diese direkt überwacht werden soll. Die Sonde durchsucht den Schrank nicht nach unbekannten Heißstellen. Die Auswahl der richtigen physischen Positionen bleibt deshalb Bestandteil der technischen Planung.
Mehrere Schränke können eine gemeinsame Mehrkanalarchitektur nutzen
Nach Festlegung der Messpunkte muss das System an der physischen Schrankanordnung ausgerichtet werden. Zwei Grundansätze sind üblich: mehrere Schränke an ein zentrales Mehrkanalgerät anzubinden oder die Schränke in Gruppen mit separaten Überwachungsgeräten aufzuteilen.
Zentrale Überwachung
Stehen Schränke nahe beieinander und sind die optischen Wege einfach, können Sonden aus mehreren Schränken an ein Mehrkanalgerät geführt werden. Eine vereinfachte Anordnung könnte so aussehen:
| Schrank | Messpunkt | Kanal |
|---|---|---|
| Schrank 1 | Sammelschienenstoß A | CH1 |
| Schrank 1 | Kabelendverschluss B | CH2 |
| Schrank 1 | Leistungsschalteranschluss C | CH3 |
| Schrank 2 | Sammelschienenstoß A | CH4 |
| Schrank 2 | Kabelendverschluss B | CH5 |
| Schrank 2 | Leistungsschalteranschluss C | CH6 |
Diese Anordnung erleichtert die Kanalidentifikation, weil jeder Kanal einem bekannten physischen Punkt entspricht. Größere Anlagen folgen demselben Prinzip: Die Kanalzahl steigt mit der Zahl zu überwachender Punkte.
Gruppierte oder verteilte Messgeräte
Ein zentrales Messgerät ist nicht immer die praktischste Anordnung. Schränke können über verschiedene Räume, Abschnitte oder lange Schaltanlagenreihen verteilt sein. Jede optische Faser an einen einzigen Ort zu führen, kann dann unnötige Komplexität verursachen.
In diesem Fall lassen sich Schränke gruppieren. Ein Mehrkanalgerät bedient einen Abschnitt, ein weiteres den nächsten. Die Temperaturdaten beider Geräte können an eine übergeordnete SPS oder ein SCADA-System gesendet werden.
Die Entscheidung zwischen einem zentralen und mehreren verteilten Geräten hängt daher nicht allein von der Kanalkapazität ab. Schrankabstände, Zugänglichkeit der Leitungswege, Wartung und künftige Erweiterungen beeinflussen die Architektur ebenfalls.
Die Kanalzahl folgt aus der Zahl fester Messpunkte
Sind die physischen Punkte bekannt, wird die Kanalplanung einfach. Acht Schränke mit jeweils drei kontinuierlich überwachten Verbindungen benötigen 24 aktive Messpunkte. Bei einer Punktmessung erfordern diese 24 Stellen 24 aktive Messkanäle.
Diese Berechnung ist nur der Ausgangspunkt. Reservekapazität, spätere Schrankerweiterungen und die Gruppierung der Messgeräte können die endgültige Konfiguration beeinflussen. Diese Entscheidungen behandelt die Kanalauswahl für faseroptische Temperaturüberwachung ausführlicher.
Entscheidend ist, dass die Kanalzahl aus Anlagenanordnung und Überwachungsziel abgeleitet wird und nicht umgekehrt.
Die schrankübergreifende Faserführung ist oft wichtiger als erwartet
Ein Mehrpunktsystem kann auf dem Plan einfach wirken und ohne sorgfältige Leitungsplanung dennoch schwer wartbar werden. Optische Fasern benötigen weiterhin physische Wege durch Kabelkanäle, Schrankdurchführungen und bewegliche Abschnitte. Jede Faser muss zur richtigen Sonde und zum richtigen Kanal zurückverfolgbar bleiben.
Türbewegungen, ausfahrbare Leistungsschalter und abnehmbare Schrankabschnitte erfordern besondere Aufmerksamkeit. Faserwege sollten von beweglichen Teilen fernbleiben und nicht dort liegen, wo die Faser bei routinemäßiger Wartung wiederholt gebogen, eingeklemmt oder gezogen wird.
Mit wachsender Anlage wird auch die Beschriftung wichtiger. Ein praktisches Benennungsschema kann den physischen Ort direkt mit dem Erfassungskanal verbinden, beispielsweise:
- Schrank 01 – Sammelschienenstoß A – CH1
- Schrank 01 – Kabelendverschluss B – CH2
- Schrank 02 – Sammelschienenstoß A – CH4
Die Faserlänge ist ein Verlegungsparameter, kein Kanalparameter. Größere Abstände zwischen Schränken und Überwachungsgerät können längere Fasern erfordern, verändern jedoch nicht die Zahl der Messpunkte. Die Faserlänge eines faseroptischen Temperatursensors sollte deshalb anhand des tatsächlichen Installationswegs gewählt werden.
Mehrere Schränke in SPS oder SCADA einbinden
Sobald die Messarchitektur auf Schrankebene steht, können die Überwachungsgeräte Teil des übergeordneten elektrischen Überwachungssystems werden. Ein typischer Datenpfad lautet:
- Temperatursonde an jeder ausgewählten Verbindung
- Optische Faser von der Sonde zum Überwachungsgerät
- Mehrkanal-Temperaturerfassung
- RS485 / Modbus RTU bei entsprechend ausgestatteten INNO-Geräten
- SPS, SCADA oder anderes übergeordnetes Überwachungssystem
So können Bediener Temperaturen mehrerer Schränke auf einer Oberfläche sehen, statt jeden Punkt lokal abzulesen. Alarmlogik, Trenddarstellung und das Verhalten des übergeordneten Systems lassen sich dann in der geeigneten Überwachungsarchitektur umsetzen.
Die genaue Schnittstelle hängt vom eingesetzten Gerät ab. Kommunikationsanforderungen sollten deshalb vor der Geräteauswahl geprüft werden. Die übergeordnete Architektur zur SPS- und SCADA-Anbindung faseroptischer Temperaturüberwachung wird am besten gleichzeitig mit Kanalzahl und Gerätestandort geplant.
Das Messverfahren auf das tatsächliche Schrankproblem abstimmen
Unterschiedliche Aufgaben führen zu unterschiedlichen Technologien. Ein Instandhaltungsteam, das eine unbekannte heiße Verbindung sucht, profitiert möglicherweise stärker von Thermografie als von Dutzenden festen Sensoren. Ein konventioneller Schrank mit zugänglichen Niederspannungsmesspunkten kann mit PT100 gut ausgerüstet sein. Drahtlose Überwachung wird attraktiv, wenn viele feste Punkte benötigt werden und konventionelle Signalverdrahtung schwer zu handhaben wäre.
Faseroptische Fluoreszenzsensorik ist besonders hilfreich, wenn die wichtigen Stellen bereits bekannt sind und die Installation kontinuierliche Überwachung mit elektrischer Isolation, hohem Potenzial oder starken elektromagnetischen Störungen verbindet. In solchen Anwendungen lässt sich eine Mehrpunkt-Temperaturüberwachung über mehrere Schränke organisieren, ohne an jedem Messpunkt konventionelle elektrische Messleiter einzusetzen.
Bei Schaltanlagen sollte die Sensortechnologie daher erst ausgewählt werden, wenn Schrankanordnung, Betriebsspannung, erwartete Heißstellen, Inspektionsstrategie und Datenarchitektur verstanden sind. Eine für eine Schrankreihe geeignete Temperaturüberwachung von Schaltanlagen kann für eine andere unnötig aufwendig oder unzureichend sein.
Die Überwachungsarchitektur an den Schränken ausrichten
Wirksame Temperaturüberwachung mehrerer Schränke beginnt bei der Anlage, nicht beim Sensorkatalog. Ingenieure müssen zuerst festlegen, welche Verbindungen eine kontinuierliche Messung verdienen, welche Heißstellen noch unbekannt sind und ob elektrische Isolation, Sichtverbindung, Verdrahtungsaufwand oder elektromagnetische Störungen die möglichen Verfahren begrenzen.
Diese Entscheidungen bestimmen, ob Thermografie, drahtlose Sensoren, PT100 oder faseroptische Fluoreszenzsensorik für den jeweiligen Anlagenteil am praktischsten ist. Nach der Verfahrensauswahl lassen sich Kanalzahl, Faser- oder Kabelführung, Gerätestandorte sowie SPS- oder SCADA-Anbindung an der tatsächlichen Schrankanordnung ausrichten.
Für Messpunkte auf hohem Potenzial oder unter starken elektromagnetischen Störungen können das faseroptische Temperaturüberwachungssystem für Schaltanlagen und zugehörige Punktmesskonfigurationen mehrere feste Stellen kontinuierlich überwachen. Das INNO-Ingenieurteam kann für ein konkretes Projekt Schrankzahl, Messpunkte, Verlegungsabstände und Anforderungen des Hostsystems prüfen.