- Heißstellen entstehen an Sammelschienen vor allem an Stößen, Schraubverbindungen und anderen Hochstromkontakten, seltener im durchgehenden Leiterabschnitt.
- Ein erhöhter Kontaktwiderstand kann lokal Wärme erzeugen, besonders bei hoher Dauerlast oder wechselnder Belastung.
- Temperaturverläufe helfen, sich entwickelnde Kontaktprobleme zu erkennen, wenn Laststrom und Anlagenzustand mitbewertet werden.
- Thermografie, drahtlose Sensoren, konventionelle Kontaktsensoren und faseroptische Messung eignen sich für unterschiedliche Einbaubedingungen.
- Fluoreszenzbasierte faseroptische Sensorik eignet sich für definierte Messpunkte bei Hochspannung, hohen Strömen und starken elektromagnetischen Feldern, wenn ein galvanisch getrennter Messpfad benötigt wird.
Die Temperaturüberwachung von Sammelschienen erfasst ausgewählte Stellen, insbesondere Stöße und Schraubverbindungen, um ungewöhnliche Erwärmung frühzeitig festzustellen. Eine durchgehende Stromschiene kann über Jahre hohe Ströme führen. Kritisch sind häufig die Übergänge zwischen Leitern; dort liefern Temperaturwerte die aussagekräftigsten Hinweise auf den Kontaktzustand.
Warum Stöße und Schraubverbindungen zu Heißstellen werden
Die Verlustleistung steigt mit dem Widerstand und dem Quadrat des Stroms. Ein durchgehender Sammelschienenabschnitt hat einen niedrigen, gut abschätzbaren Widerstand. Eine Verbindung fügt eine Kontaktfläche hinzu, deren tatsächlich leitender Anteil deutlich kleiner ist als die sichtbare Überlappung. Verschlechtert sich dieser Kontakt, steigt der Widerstand und die Wärme konzentriert sich auf einen kleinen Bereich.
Dazu können folgende Bedingungen beitragen:
- Gelockerte oder gealterte Verbindungen. Die Schraubenvorspannung kann mit der Zeit nachlassen. Dadurch sinkt der Anpressdruck und der Kontaktwiderstand steigt.
- Temperaturwechsel. Wiederholtes Erwärmen und Abkühlen dehnt die Werkstoffe aus und zieht sie zusammen; die Klemmkraft kann sich allmählich verändern.
- Oxidation oder Verschmutzung. Beläge und Partikel erhöhen den Übergangswiderstand, wenn die Kontaktflächen unzureichend vorbereitet oder geschützt sind.
- Ungleiche Stromaufteilung. Parallele Leiter oder komplexe Geometrien können einzelne Verbindungen stärker belasten.
- Hoher Dauerstrom oder ungewöhnliche Belastung. Ein Betrieb nahe oder oberhalb der Auslegungslast erhöht die Temperatur aller Verbindungen.
- Mangelhafte Montage. Unpassende Kontaktflächen, falsches Anziehdrehmoment oder unvollständige Montage können von Anfang an Schwachstellen schaffen.
Ein Temperaturanstieg allein weist die Ursache nicht nach. Eine warme Verbindung kann bei hoher Last unauffällig sein, während derselbe Wert bei geringer Last ein Problem anzeigt. Belastbare Bewertungen berücksichtigen Laststrom, Sichtprüfung, elektrische Prüfergebnisse und Wartungshistorie.
Wo die Temperatur einer Sammelschiene erfasst werden sollte
Die Messstellen richten sich nach dem Anlagenaufbau und den tatsächlichen Risikostellen, nicht nach einer festen Sensoranzahl. Typische Positionen sind:
- Schraubstöße zwischen Sammelschienenabschnitten
- Verbindungen zwischen Sammelschienen sowie zwischen Sammelschiene und Anschlussklemme
- Kabelanschlüsse an Sammelschienen
- Sammelschienenabschnitte innerhalb von Schaltanlagenfeldern
- Weitere Hochstromkontakte mit früheren Erwärmungsproblemen oder eingeschränktem Zugang
In geschlossenen Anlagen ist der Zugang zur Prüfung oft eingeschränkt. Deshalb ist die kontinuierliche Messung an ausgewählten Verbindungen hilfreich. Bei der Temperaturüberwachung in Schaltanlagen können wenige gezielt ausgewählte Messstellen mehr Erkenntnisse liefern als gelegentliche manuelle Kontrollen.
Messverfahren für Sammelschienen im Vergleich
Zugang, Spannungsebene, elektromagnetische Umgebung und benötigte Messhäufigkeit bestimmen das geeignete Verfahren. Faseroptische Sensorik ist nicht für jede Sammelschiene erforderlich. Thermografie, konventionelle Kontaktsensoren oder drahtlose Sensoren können die Aufgabe unter passenden Bedingungen bereits erfüllen.
| Verfahren | Geeigneter Einsatz | Zu prüfen |
|---|---|---|
| Infrarot / Thermografie | Regelmäßige Prüfung sichtbarer Oberflächen; schnelle Kontrolle vieler Bauteile | Freie Sicht erforderlich; Emissionsgrad beeinflusst den Messwert; kontinuierliche Erfassung nur mit fest installierten Kameras |
| Konventionelle Kontaktsensoren | Viele übliche Messstellen mit einfacher Leitungsführung | Bei Hochspannung oder starken elektromagnetischen Feldern sind Isolation, Leitungsführung und Montage zu prüfen |
| Drahtlose Temperatursensoren | Bestimmte kontinuierliche Messaufgaben bei schwieriger Verkabelung | Energieversorgung, Funkverbindung im Metallgehäuse, Befestigung und langfristiger Wartungsaufwand |
| Fluoreszenzbasierte faseroptische Punktsensoren | Definierte Kontaktstellen mit Bedarf an galvanischer Trennung und hoher Störfestigkeit | Geplante Montage an bestimmten Stellen; jeder Messpunkt benötigt eine eigene Sonde und einen Kanal |
Thermografie eignet sich für Inspektionsrunden, weil ein Gerät viele Verbindungen prüfen kann. Verdeckte Sammelschienen bleiben jedoch unsichtbar. Kontakt- und Funksensoren erfassen direkt an der Verbindung und müssen dort der elektrischen Umgebung standhalten. Der Vergleich von punktueller und berührungsloser Temperaturmessung beschreibt weitere Abwägungen.
Welche Hinweise Temperaturverläufe liefern
Die absolute Temperatur ist nur ein Teil der Bewertung. Zeitliche Verläufe können mehr diagnostische Aussagekraft besitzen, auch ohne einen pauschalen Alarmgrenzwert. Relevant sind insbesondere:
- Langsamer Anstieg bei konstanter Last. Steigt die Temperatur ohne entsprechende Stromänderung, kann sich die Kontaktstelle verschlechtern.
- Lastabhängige Veränderungen. Dass die Temperatur dem Strom folgt, ist erwartbar; entscheidend ist, ob die Erwärmung angemessen bleibt.
- Unterschiede zwischen vergleichbaren Verbindungen. Ähnliche Kontakte mit ähnlicher Strombelastung sollten ähnliche Temperaturen aufweisen. Dauerhafte Abweichungen sind zu prüfen.
- Plötzliche Temperaturänderung. Ein schneller Sprung ohne Erklärung durch Last oder Umgebung erfordert eine Prüfung.
- Wiederkehrende Übertemperatur. Wiederholte Auffälligkeiten an derselben Stelle sprechen für ein fortbestehendes Problem.
Alarmgrenzen ergeben sich aus den Herstellervorgaben, den anwendbaren Normen und dem Instandhaltungskonzept des Betreibers. Trenddaten unterstützen die Bewertung und ersetzen keine Prüfung.
Punktmessung mit fluoreszenzbasierter Faseroptik
INNO verwendet fluoreszenzbasierte faseroptische Punktmessung. Eine Sonde misst genau einen definierten physischen Punkt. Mehrere zu überwachende Verbindungen erfordern mehrere Sonden und zugehörige Messkanäle.
Dieses Verfahren ist keine verteilte Temperaturmessung (DTS) und misst nicht kontinuierlich entlang der Faser. Es sucht auch keine unbekannten Heißstellen. Die Sonde muss an einer geplanten Messstelle montiert werden; deren Auswahl ist daher Teil der Auslegung. Eine faseroptische Temperatursonde für Sammelschienen und Schraubverbindungen erfasst direkt an dieser Kontaktstelle.
Funktionsweise der Fluoreszenzmessung
Die Messkette besteht aus folgenden Schritten:
Anregungslicht → fluoreszierender Sensorwerkstoff → zurückgeführte Fluoreszenz → Abklingkurve → Fluoreszenzlebensdauer → Kalibrierung → Temperatur
Das Auswertegerät sendet Anregungslicht durch die Faser zum fluoreszierenden Material an der Sondenspitze. Dessen Abklingzeit hängt von der Temperatur ab. Das Gerät wertet die Abklingkurve aus und rechnet die ermittelte Lebensdauer mithilfe einer Kalibrierkennlinie in Temperatur um. Da die Zeit und nicht die Helligkeit ausgewertet wird, ist das Verfahren weniger empfindlich gegenüber Biege- und Steckverlusten. Die fluoreszenzbasierte faseroptische Temperaturmessung nutzt diese zeitabhängige Materialeigenschaft.
Der optische Signalpfad ermöglicht die galvanische Trennung und eine hohe Störfestigkeit gegenüber elektromagnetischen Feldern. Das ist nahe stromstarker Sammelschienen relevant, weil starke Felder elektrische Signale stören können. Bei der Temperaturmessung in starken elektromagnetischen Feldern müssen diese Einflüsse in die Verfahrensauswahl einfließen.
Typische technische Daten
Die Werte hängen von der jeweiligen Sonde und der Konfiguration des Messsystems ab.
| Parameter | Typischer Wert |
|---|---|
| Messprinzip | Fluoreszenzabklingzeit |
| Temperaturbereich | −40 °C bis +260 °C |
| Genauigkeit | Je nach Konfiguration ±0,5 °C bis ±1 °C |
| Auflösung | 0,1 °C |
| Ansprechzeit | <1 s bei Standardkonfigurationen |
| Sondendurchmesser | 2–3 mm, konfigurierbar |
| Faserlänge | Nach den Anforderungen der Anwendung konfigurierbar |
| Elektrische Isolation | >100 kV bei entsprechend ausgelegten Konfigurationen |
| Steckverbinder | ST |
| Messkanäle | Ein- und Mehrkanalkonfigurationen |
| Kommunikation | RS485 / Modbus RTU bei geeigneten Auswertegeräten |
Diese Eigenschaften eignen sich für die Temperaturmessung bei Hochspannung, bei der die Isolation zwischen Messstelle und Auswertegerät entscheidend ist, sowie für die umfassendere Temperaturüberwachung von Hochspannungsanlagen.
Kontinuierliche Mehrpunktüberwachung an Sammelschienen
Sammelschienenanordnungen haben häufig mehrere Kontaktstellen. Müssen mehrere definierte Positionen kontinuierlich erfasst werden, kommt eine Mehrkanalauswertung infrage. Die Kanalzahl folgt den tatsächlichen Messstellen und damit dem Anlagenaufbau und der Risikobewertung. Eine Mehrpunkt-Temperaturüberwachung verbindet mehrere Kontakte, wobei jeder Punkt eine eigene Sonde und einen Kanal erhält.
Ein typischer Systemaufbau ist:
Faseroptische Sonde → Lichtwellenleiter → Temperaturmessumformer / Auswertegerät → Temperaturdaten → gegebenenfalls RS485 / Modbus RTU → SPS / SCADA / Leitsystem
Ein mehrkanaliges faseroptisches Temperaturauswertegerät verarbeitet das optische Signal und liefert Temperaturdaten. Die vorhandene SPS oder SCADA-Plattform übernimmt Anzeige, Trends und Alarme. INNO liefert die Sensorik und Messwerterfassung; das Leitsystem bleibt beim Betreiber. Ein faseroptisches Temperaturüberwachungssystem für Schaltanlagen bündelt diese Komponenten. Weitere faseroptische Temperaturmesssysteme decken andere Konfigurationen ab. Die faseroptischen Temperatursensoren und das Prinzip der faseroptischen Temperaturmessung bleiben dabei gleich.
Das passende Überwachungsverfahren auswählen
Ausgangspunkt sind die Kontaktstelle und ihre elektrische Umgebung. Bei sichtbaren Oberflächen und ausreichenden Inspektionsintervallen kann Thermografie genügen. Für kontinuierliche Daten an geschlossenen oder unter Spannung stehenden Verbindungen kommen Kontakt-, Funk- oder faseroptische Sensoren infrage. Die Auswahl hängt von Spannungsebene, Störeinflüssen und Wartungsanforderungen ab.
Temperaturverläufe werden zusammen mit Laststrom und Anlagenzustand ausgewertet. Faseroptische Punktmessung ist besonders bei galvanischer Trennung und hohen Anforderungen an die elektromagnetische Störfestigkeit relevant. Jede definierte Messstelle benötigt eine eigene Sonde; der Messstellenplan sollte vor der Montage feststehen. Einen konkreten Sammelschienenaufbau können Sie mit dem INNO-Engineeringteam abstimmen.